简单的气动设备到精密智能仪表的进化源自用户对于更高性能、更便捷的维护和更长寿命的需求。智能仪表不但能满足这些需求,还能提供更多,虽然代价就是智能仪表更加复杂,但是一旦理解并安装了智能仪表,不仅有助于降低过程控制和信息系统生命周期的复杂度,还能提升性能和降低成本。 E+H智能仪表的定义在过去几十年里发展演化(表1)。老式的非智能仪表是3-15psi气动设备,通过现场单循环控制器完成控制作业。信息通常以指示表的形式在本地显示,技术员在现场巡视,使用钢笔和白纸手动记录数据。如果数据需要自动记录并分析,那么需要使用本地图表记录仪。 
过程变量按照比例换算成1-5、4-20、10、50mAdc信号输出为仪表增加了一定程度的智能性。一旦数据可以远程变送,远程测量、显示和控制就有可能实现。 带有中央处理和I/O的控制系统的并行发展引入了新方法,能够更有效地采集4-20mA仪表产生的信息,并将这些信息转换成工程单位,集中处理并记录这些信息。回路供电仪表也成为可能,可以通过一个电流源对多台变送器供电,通常是通过模拟I/O模块完成。 微处理器越来越耐用,可以直接安装在现场仪表中,这是智能仪表前进的一大步,使本地数据信号处理成为可能,造就了*批真正的智能仪表,因为这些设备可以将模拟4-20mA信号转化成数字信号,进而在网络上传输,本地微处理器也可以完成一些仪表级别的任务,即校准和诊断。 既然智能仪表可以将过程变量和其他参数转换成数字形式,那么现场总线网络的产生就水到渠成。zui初的现场总线网络使用现有的4-20mA信号线作为物理传输媒介,手持校准设备可以接入4-20mA电流环路的任意位置。除了手持设备,一些离散控制系统随之获得了通讯功能并可以对过程变量和设备诊断数据进行数字存取。 很多供应商都有自己的网络,使用现有的4-20mA信号作为传输媒介,HART技术的适时出现,统一了各种不兼容的网络。HART成为了供应商的中立基础,并zui终发展成为的多层现场设备通讯协议,被大多数仪表和控制系统供应商支持。因此,智能设备也贴上了HART的标签。 为了使用过程变量的数字值来进行实时控制并将更多信息发送至远程主机,人们对性能有更高的要求,而HART已经无法满足。随着微处理器的功能越来越强大,除了过程变量之外,智能仪表能够提供更多有价值的信息,这进一步刺激了对更强大的网络的需求。 专门为了将仪表和自动化系统连接的数字网络开始出现,其中*是基金会现场总线H1和Profibus PA。这些平台不再使用4-20mA输出,转而使用先进的电子和软件标准来提升速度、改进诊断,带来了嵌入式本地控制等新功能。这两种现场总线和其他现场总线被标准化组织采纳,成为多家智能仪表供应商的嵌入通讯选择。 zui近,经过实践检验的强大的无线网络技术的出现,导致聚焦于现场设备和远程存取站点之间通讯的特定供应商和基于标准的解决方案获得发展。HART通讯基金会开发了向后兼容的无线技术并且获得IEC62591标准化认可。ISA SP 100.11a委员会也正在致力于无线仪表通讯的标准化认可工作。 今天,智能仪表的大概定义就是包含一个或者多个数字网络通讯选项的设备。由于数字通讯要求使用微处理器,所以现代智能仪表还能提供很多种类的其他功能。 
仪表从非智能发展为智能仪表,真正的智能就不远了。未来的专家仪表具有多种通讯通道,每一个通信通道都具有内置的安全性,很像目前的以太网管理交换机。这些通道将会被分配IP地址并辅以服务器技术,让仪表成为真正意义上的数据服务器。 一条高速通道用于将过程变量传送至实时控制器,按照仪表的通讯源,这条通道被赋以所有通道中zui高的优先级。其他通讯通道将会用于直接将仪表与应用连接,例如过程监视、设备建设、环境监视、能源管理、设备管理、提前维护和诊断。这种直接连接将会跨越实时控制系统,简化整个自动化和信息系统的体系结构。 无线HART和ISA100.11a之外的工业无线标准将会继续发展,满足用户的需求,列入NAMUR NE124。用户越来越接受无线技术作为一种主流的解决方案,智能仪表信息将会越来越多地与无线接入点连接,结果就是直接演化为控制或者IT网络数据服务器。 系统设计人员和zui终用户对于集成重复作业的烦恼正在迫使主流仪表生产厂商和现场总线协议组织接纳现场设备集成(FDI)规范。此FDI规范将会巩固现有的EDDL和FDT规范,应该会形成真正统一的现场设备集成体系结构,允许通过几乎任何现场总线网络连接任何现场设备。 随着仪表正在朝着符合NE97和IEC61508-2之类的安全相关推荐规范发展,基于现场总线的安全过程仪表的应用将会更加广泛。经过安全认证的仪表将会与现场总线安全协议协同工作,例如CIP Safety、Foundation fieldbus SIS和PROFIsafe。 所有这些发展的结合,将会带来真正意义上的智能仪表,这种仪表可以很容易实现未来自动化系统和信息系统整合。对于用户来说,这具有很强的实用意义,用户可以借此实现所有智能仪表带来的好处:更的过程控制、更率、更低能耗、更少停机时间和更高质量。 |