I/O系統(tǒng)必須要提供多個(gè)通訊選項(xiàng)，這樣才能使用不同類型的現(xiàn)場傳感器和變送器。
本文將重點(diǎn)關(guān)注三種信號(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)(在這里我們忽略各種現(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(hào)：
模擬信號(hào)
傳感器通過調(diào)整電信號(hào)測量變量。它會(huì)引起電壓、電阻或者電容的變化。比如：
■ 熱電偶產(chǎn)生與溫度相關(guān)的電壓;
■ 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;
■ 一些壓力傳感器設(shè)計(jì)使用阻尼的變化來量化壓力變化。
來自傳感器的原始信號(hào)一般并不能直接用于控制系統(tǒng)，它需要進(jìn)行加工，調(diào)整縮放、線性度并進(jìn)行補(bǔ)償?shù)鹊取碛羞@些功能的設(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，并不是任何距離都可以進(jìn)行變送，因此用戶經(jīng)常需要加入一個(gè)變送器來放大信號(hào)。在大多數(shù)情況下，這會(huì)創(chuàng)造出一個(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4毫安，而最大值則置于20毫安。任何超出這個(gè)范圍的值都被看作是功能失效。
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(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)槔系碾妷盒盘?hào)會(huì)由于線纜電阻出現(xiàn)損失，也已經(jīng)不再使用。
將HART加入到模擬信號(hào)當(dāng)中，通過允許模擬方式承載數(shù)字信息，而不需要損壞基本過程變量，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)，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連接沒有調(diào)制解調(diào)器的時(shí)候無法解析數(shù)字信號(hào)，因此過程變量不會(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M(jìn)制信號(hào)，也就是開關(guān)信號(hào)。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(gè)閾值，它們就會(huì)改變信號(hào)狀態(tài)。
舉例來說，如果液位與油罐底部太近，低液位報(bào)警就會(huì)啟動(dòng)。或者壓力達(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)過的時(shí)候觸發(fā)。過程更大會(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)來說非常好，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，信號(hào)格式的數(shù)量已經(jīng)減少了，系統(tǒng)提供商正在努力適應(yīng)剩余的格式。
