控制系統(tǒng)供應(yīng)商如何為不同的信號(hào)類型提供一系列I/O（輸入/輸出），這些各類信號(hào)類型存在于過(guò)程工廠的過(guò)程傳感器儀表和執(zhí)行器當(dāng)中。這其中就包括“四大”過(guò)程變量（流量、壓力、溫度和液位），相關(guān)的設(shè)備有調(diào)節(jié)閥、檢測(cè)傳感器、分析儀和測(cè)重設(shè)備等等。

        這里我們將重點(diǎn)介紹三種信號(hào)格式：HART的模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)（二進(jìn)制）和脈沖信號(hào)（本文將忽略各種現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議、無(wú)線和以太網(wǎng)）。下面就讓我們看看這三種信號(hào)：

        模擬信號(hào)

        傳感器通過(guò)調(diào)整電信號(hào)測(cè)量變量。它會(huì)引起電壓、電阻或者電容的變化。比如：

        1、熱電偶產(chǎn)生與溫度相關(guān)的電壓。

        2、與位移或者溫度呼應(yīng)的應(yīng)變計(jì)、熱敏電偶和RTD阻尼變化。

        3、一些壓力傳感器設(shè)計(jì)使用阻尼的變化來(lái)量化壓力變化。

        源自自動(dòng)化儀表的原始信號(hào)一般并不能直接用于控制系統(tǒng)，它需要進(jìn)行數(shù)據(jù)加工，調(diào)整縮放、線性度并進(jìn)行補(bǔ)償?shù)鹊�。擁有這些功能的自動(dòng)化設(shè)備被稱作變送器。很多控制系統(tǒng)中熱電偶和RTD則是例外，它們擁有I/O卡可以直接接收原始信號(hào)。然而，并不是任何遠(yuǎn)距離傳輸都可以進(jìn)行輸送，因此用戶經(jīng)常需要加入一個(gè)變送器來(lái)放大信號(hào)。在大多數(shù)情況下，這會(huì)架構(gòu)出一個(gè)4-20毫安的回路。變送器會(huì)根據(jù)變量，將控制系統(tǒng)I/O連接的供電控制在24Vdc的水平。變量的零值置于直流4毫安，而最大值則置于直流20毫安。任何超出這個(gè)范圍的值都被看作是儀表功能失效。

        雙線設(shè)備僅使用來(lái)自電源的電流為內(nèi)部電路供電，這就意味著運(yùn)行電流是4毫安或者更低。然而，有一些設(shè)備需要外部電源。在這些四線設(shè)備當(dāng)中，有兩條線傳輸過(guò)程變量，還有兩條線負(fù)責(zé)各種水平的供電。絕大多數(shù)制造商對(duì)于信號(hào)模式都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，因?yàn)槔系?～10v電壓信號(hào)會(huì)由于線纜電阻出現(xiàn)損失，也已經(jīng)不再使用。

        將HART協(xié)議加入到模擬信號(hào)當(dāng)中，通過(guò)允許模擬方式承載數(shù)字化信息，而不需要損壞基本過(guò)程變量傳輸，這樣就可以調(diào)整電流信號(hào)，傳遞更多的信息。仔細(xì)研究模擬信號(hào)搭載的HART，會(huì)發(fā)現(xiàn)它并不是一條水平線，而是在1.2或者2.2 kHz進(jìn)行調(diào)節(jié)，傳遞二進(jìn)制序列。I/O連接沒(méi)有調(diào)制解調(diào)器的時(shí)候無(wú)法解析數(shù)字信號(hào)，因此過(guò)程變量不會(huì)發(fā)生改變。

        數(shù)字信號(hào)

        有時(shí)候稱一個(gè)信號(hào)為“數(shù)字信號(hào)”，是指像現(xiàn)場(chǎng)總線或者以太網(wǎng)這些技術(shù)，將數(shù)據(jù)打包發(fā)送。但是，這里我們談?wù)摰氖嵌�進(jìn)制信號(hào)，也就是開關(guān)信號(hào)。有很多過(guò)程傳感器并不發(fā)送變量數(shù)據(jù)。如果有變量超過(guò)了某個(gè)閾值，它們就會(huì)改變信號(hào)狀態(tài)。

        舉例來(lái)說(shuō)，如果液位與油罐底部太近，低液位報(bào)警就會(huì)啟動(dòng)�；蛘邏毫�達(dá)到某個(gè)數(shù)值的時(shí)候，壓力開關(guān)也會(huì)開啟。這些設(shè)備和中繼器類似，就只是簡(jiǎn)單地開啟或者閉合。還有一些情況，模擬信號(hào)可能會(huì)改變：20毫安意味著啟動(dòng)，而4毫安意味著關(guān)閉，但是這確實(shí)是模擬設(shè)備。

        脈沖信號(hào)

        一些傳感器，尤其是渦輪流量計(jì)，會(huì)發(fā)送脈沖信號(hào)，其頻率代表過(guò)程變量，這樣的流量計(jì)使用接近傳感器，在每次渦輪螺旋槳經(jīng)過(guò)的時(shí)候觸發(fā)。過(guò)程更大會(huì)讓渦輪葉片旋轉(zhuǎn)的更快，從而發(fā)出頻率更高的脈沖。

        信號(hào)的格式多種多樣，對(duì)一些任務(wù)來(lái)說(shuō)非常好，但是實(shí)際的結(jié)果也可能會(huì)引起操作人員的迷惑。至少在近些年來(lái)，信號(hào)格式的數(shù)量已經(jīng)減少了，普時(shí)儀表提供商正在努力適應(yīng)剩余的信號(hào)格式。

                                                                                                                                                                                                                                                            普時(shí)儀表

                                                                                                                                                                                                                                                        2015年7月7日