現(xiàn)場總線儀表對比傳統(tǒng)儀表的優(yōu)勢

現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)打破了DCS系統(tǒng)被限制于通信專用網(wǎng)絡(luò)的局面，形成了一種全新的分布式結(jié)構(gòu)，開放式的系統(tǒng)模式給整個測量與控制領(lǐng)域帶來了新的發(fā)展局面。現(xiàn)場總線儀表是指內(nèi)置的專用嵌入式微處理器，由系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件組成，具有數(shù)字計算、數(shù)字通信等使用功能。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)處理方式和系統(tǒng)的控制方式等方面都有了根本性的改變。

現(xiàn)場總線儀表的硬件結(jié)構(gòu)：

現(xiàn)場總線儀表的硬件結(jié)構(gòu)是完成現(xiàn)場總線儀表任務(wù)主要支撐體系。現(xiàn)場總線儀表的硬件系統(tǒng)包括傳感器、信號處理、現(xiàn)場總線通信、控制、存儲器、液晶顯示器、控制輸出接口和電源等幾大模塊。

現(xiàn)場總線儀表較傳統(tǒng)儀表的優(yōu)勢：

1.全數(shù)字性：現(xiàn)場總線通信方式與模擬通信和混合通信方式不同，是完全的數(shù)字通信信號?，F(xiàn)場總線通信方式可以進行雙向通信，因此與模擬通信方式和混合通信方式不同，可以傳送多種數(shù)據(jù)。在現(xiàn)場總線通信方式中，從變送器的傳感器到控制閥，信號一直保持數(shù)字性，具有全數(shù)字性。現(xiàn)場總線作為一種數(shù)字式通信網(wǎng)絡(luò)，從控制室一直延伸到現(xiàn)場，使過去采用一對一式的模擬量信號傳輸變?yōu)槎帱c一線串行數(shù)字式傳輸。在現(xiàn)場總線儀表中，不論是傳感器還是轉(zhuǎn)換器電路，都是數(shù)字的。因而，現(xiàn)場總線儀表的全數(shù)字性使得儀表的硬件結(jié)構(gòu)更加簡單，其分辨力、測量速度、穩(wěn)定性都高于現(xiàn)階段的自動化儀表。

2.精度高:現(xiàn)場總線可以消除模擬通信方式中數(shù)據(jù)傳送時產(chǎn)生的誤差，模擬通信方式產(chǎn)生誤差的原因有以下三個方面：

（1）現(xiàn)場儀表中D/A轉(zhuǎn)換產(chǎn)生誤差；

（2）模擬信息傳遞產(chǎn)生誤差；

（3）系統(tǒng)儀表的A/D轉(zhuǎn)換產(chǎn)生誤差。

在現(xiàn)場總線通信方式中，不存在D/A和A/D轉(zhuǎn)換電路，所以不會產(chǎn)生D/A和A/D的轉(zhuǎn)換誤差，因而信號的傳輸精度有所提高。故現(xiàn)場總線通信方式要比模擬通信方式精度高。編碼的作用是把微處理機輸出的數(shù)字信號變換為適合傳送的數(shù)字信號，反之就是解碼。

3.抗干擾能力強:在模擬通信方式中，信號以4mA～20mA的連續(xù)變化形式存在的，信號值的變化可以無限小，因此，噪聲和信號畸變在模擬信號傳輸中是無法避免的。也就是說，現(xiàn)場儀表傳輸模擬信號時穩(wěn)定性較差，信號誤差指揮將一個有效信號變?yōu)榱硪粋€有效信號，即使從精確的模擬儀表送過來的信號，當它到達控制器時也可能已變得完全不準確。而在現(xiàn)場總線儀表中，信號的有效值只有0或1兩個，所以它非常堅實可靠，一般的噪聲很難扭曲它。它可以直接傳送或者以某種方式進行編碼。因此，與模擬信號相比，其抗干擾或抗畸變的能力強。更為重要的是，檢錯機制可以檢測到信號的畸變，這是因為一個畸變的信號看起來仍然像是一個有效的。 

4.內(nèi)嵌控制功能:在每臺現(xiàn)場總線儀表中都內(nèi)嵌有PID控制、邏輯運算、算術(shù)運算、積算等模塊，用戶通過組態(tài)軟件對這些功能模塊進行任意調(diào)用，以實現(xiàn)過程參數(shù)的現(xiàn)場控制。

5.高速通信:現(xiàn)場總線儀表要像4mA～20mA系統(tǒng)那樣實現(xiàn)閉環(huán)實時控制需要更高的通信速度。由于高速需要高功率，即需要更大的電源功率消耗，這個要求與本質(zhì)安全產(chǎn)生了矛盾，因而現(xiàn)場總線儀表的通信速度不能過高。這就要求現(xiàn)場總線的通信速度適中，并且盡量減小系統(tǒng)的通信負荷?，F(xiàn)場總線儀表采用通信調(diào)度系統(tǒng)來控制變量的采樣、算法的執(zhí)行和通信系統(tǒng)的優(yōu)化。如把數(shù)據(jù)分為周期性和非周期性兩部分：對周期性數(shù)據(jù)必須在系統(tǒng)所需的周期內(nèi)處理完?，F(xiàn)場總線儀表具有了與模擬控制系統(tǒng)一樣的控制速度，因而也達到與模擬控制系統(tǒng)一樣的高速閉環(huán)控制性能。

6.多變量測量和傳送：所謂多變量測量，是指一臺現(xiàn)場總線儀表可以同時測量多個過程變量。在過去的模擬通信方式中，測量一個變量就需要一對導線，因此每臺變送器只能測量一個過程變量。采用了現(xiàn)場總線通信方式后，由于每臺現(xiàn)場總線變送器內(nèi)配有多個感測元件，它就可以同時測量多個過程變量，并通過現(xiàn)場總線傳輸出去，因此一臺現(xiàn)場總線變送器可以當作多臺變送器使用。

7.系統(tǒng)綜合成本低：在4mA～20mA通信方式下，變送器只能測量一個物理變量，如果要將這個測量變量轉(zhuǎn)換為控制上必要的數(shù)據(jù)，還需要其它附屬的儀表。例如，測量帶有溫度和壓力補償?shù)恼羝髁繒r，需要三臺變送器分別測量溫度、壓力和差壓（流量）。而在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中，則只需要一臺現(xiàn)場總線變送器就可以了，這不但使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大大簡化，而且還降低了系統(tǒng)的綜合成本，減少了系統(tǒng)安裝和調(diào)試的費用。 

新型的現(xiàn)場總線儀表系統(tǒng)在系統(tǒng)編程技術(shù)、現(xiàn)場總線接入和嵌人式操作系統(tǒng)等方面將儀表應用的功能進一步擴大,使儀表不僅具有自動化測量、數(shù)據(jù)處理和模擬人工智能的功能,而且還具備了遠程測量、遠程下載軟件升級、組態(tài)和硬件重構(gòu)等功能。