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

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

        模擬信號

        傳感器通過調(diào)整電信號測量變量。它會引起電壓、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、熱敏電偶和RTD阻尼變化。

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

        源自自動化儀表的原始信號一般并不能直接用于控制系統(tǒng)，它需要進行數(shù)據(jù)加工，調(diào)整縮放、線性度并進行補償?shù)鹊取�擁有這些功能的自動化設(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。然而，并不是任何遠距離傳輸都可以進行輸送，因此用戶經(jīng)常需要加入一個變送器來放大信號。在大多數(shù)情況下，這會架構(gòu)出一個4-20毫安的回路。變送器會根據(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。任何超出這個范圍的值都被看作是儀表功能失效。

        雙線設(shè)備僅使用來自電源的電流為內(nèi)部電路供電，這就意味著運行電流是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，有兩條線傳輸過程變量，還有兩條線負責(zé)各種水平的供電。絕大多數(shù)制造商對于信號模式都已經(jīng)實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，因為老的0～10v電壓信號會由于線纜電阻出現(xiàn)損失，也已經(jīng)不再使用。

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

        數(shù)字信號

        有時候稱一個信號為“數(shù)字信號”，是指像現(xiàn)場總線或者以太網(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�進制信號，也就是開關(guān)信號。有很多過程傳感器并不發(fā)送變量數(shù)據(jù)。如果有變量超過了某個閾值，它們就會改變信號狀態(tài)。

        舉例來說，如果液位與油罐底部太近，低液位報警就會啟動。或者壓力達到某個數(shù)值的時候，壓力開關(guān)也會開啟。這些設(shè)備和中繼器類似，就只是簡單地開啟或者閉合。還有一些情況，模擬信號可能會改變：20毫安意味著啟動，而4毫安意味著關(guān)閉，但是這確實是模擬設(shè)備。

        脈沖信號

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

        信號的格式多種多樣，對一些任務(wù)來說非常好，但是實際的結(jié)果也可能會引起操作人員的迷惑。至少在近些年來，信號格式的數(shù)量已經(jīng)減少了，普時儀表提供商正在努力適應(yīng)剩余的信號格式。

                                                                                                                                                                                                                                                            普時儀表

                                                                                                                                                                                                                                                        2015年7月7日