工業傳感器與通信協議的兼容性探討

傳感器廠商、控制器廠商、設備廠商、生產廠家在考慮自身設備的智能化和自動化設計的時候，往往面對的最多的是控制層種類繁多的總線協議選擇和現場設備層接口的選擇。如何有效地解決協議之間的兼容性和傳感器接口的統一性，成為各大傳感器和控制器廠商積極思考的問題。

目前市場上各個工控機、PLC、總線產品廠家林立，現有的總線協議種類繁多，工廠自動化領域主要有：Ethernet、CANopen、DeviceNet、PROFINET、PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS等;過程自動化領域主要有：FoundationFieldbus(FF)、PROFIBUS-PA、P—NET(ProcessautomationNet)等;并且各個協議之間相互獨立，互不兼容，這就給客戶的應用帶來了很多不便，這對于客戶至上的市場現狀來說，無疑不利于工控行業的長期穩定發展。在這樣的背景下，一場工業現場總線技術的革命勢在必行，如何實現多網絡、多協議的互聯互通、無障礙運行無疑是工業現場總線技術發展的方向。

Ethernet網絡無疑是眾望所歸，開放的Ethernet是20多年來發展最成功的網絡技術，并導致了一場信息技術的革命。隨著網絡技術的發展，加上各大網絡公司、自動化公司(如西門子公司)等的努力，可以預見，象當年PC進入工業自動化領域一樣，Ethernet/IP將會十分迅速地進入工業控制系統的各級網絡。

目前，工業現場總線正在逐步地轉向Ethernet網絡，PROFINET日益得到廣泛應用正是其表現之一，作為一項戰略性的技術創新，PROFINET為自動化通信領域提供了一個完整的網絡解決方案，囊括了諸如實時以太網、運動控制、分布式自動化、故障安全以及網絡安全等當前自動化領域的熱點話題，并且，作為跨供應商的技術，可以完全兼容工業以太網和現有的現場總線(如PROFIBUS)技術，保護客戶現有投資。但PROFINET只是技術革命的一小步，今后還有漫長的發展道路要走。

以上介紹的是現場總線協議的情況，轉向傳感器，各個自動化領域的知名傳感器制造商均有技術實力生產、制造支持總線協議的傳感器產品。但是如何最大程度地實現與現有的各種總線通訊技術相兼容則是各個廠商不得不面對的難題，也是今后傳感器技術發展的方向。為了更好地設置參數和存儲配置數據以便于控制和指示，許多傳感器和執行器都已經配備了微處理器系統，并且通過諸如：HART、IO-Link等通訊技術實現了與控制層的點對點訪問。

因此，我覺得對于各個傳感器供應商來說，不但要制造直接支持通用工業現場總線協議的產品，如：支持CANopen、PROFIBUS-DP、DeviceNet協議的旋轉編碼器、線性位移傳感器以及壓力、溫度、流量類測量傳感器等;更要不斷地研發制造出支持HART以及IO-Link等點對點協議的產品，這樣的產品既有獨立的通訊技術，又可以兼容于主流通用的網絡架構之中，極大限度地滿足了的傳感器標準化和商品化的需要。

對于傳感器支持協議的選取，通用性和實用性最為重要，現在傳感器間的信息量已超過計算機或其它應用，成為信息交互的主流，傳感網與因特網的高效融合，能實現人與物、物與物的互聯。因此，傳感器核心芯片和傳感器網接入因特網的技術將成為今后幾年IT前沿技術進展中優先攻關的瓶頸。這樣，如何更好地將傳感器與Zigbee通信技術、RFID通信技術、WI-FI通信技術、以及2G和3G通信技術相結合，便成為了未來傳感器發展的主要方向。

在現有生產研發技術可以滿足的前提下，要盡可能地制造支持目前市場上主流工業現場總線通訊協議的傳感器/執行器產品，這樣才能不斷適應日益多樣化的市場需要，更好地在日益激烈的市場競爭中占有一席之地，從而提高自身的產品競爭力，更好地滿足不同層次、行業的客戶需求。

近些年各大傳感器廠商都在追求傳感器功能上和智能上的改善，以期推動自動化領域的不斷向前發展。但是接口方面卻始終如舊，沒有大的突破。為了實現現場設備層接口的統一性和透明化，2004年，各大主流傳感器廠商合作成立了一個新的協會，專注于IO-Link接口技術的開發和推廣，倍加福便是其中的主要成員。直到2011年隨著倍加福各類IO-Link接口傳感器引入到中國市場，IO-Link接口技術才算是真正意義上的進入中國市場。

在目前的工廠自動化網絡中，我們最常見的傳感器僅僅是用于離散信號(如NPN，PNP開關量信號)和連續信號(如電流、電壓模擬量信號)的現場設備。透明的數據交互也只停留在控制層，可編程控制器與可編程控制器之間，以及可編程控制器和上位機之間。而當引入IO-Link接口技術后，傳感器在提供過程數據(離散信號和連續信號)的同時，還增加了維護數據的交互功能。

IO-Link接口技術是新一代點對點的通訊技術，它的優勢在于統一的接入模塊、統一的安裝接線、統一的軟件設定、統一的數據結構、免維護即插即用、以及保留標準I/O接口。具體來說，統一的接入模塊：用戶在選擇可編程控制器輸入/輸出模塊時，無需考慮NPN還是PNP模塊、開關量還是模擬量模塊、3線還是4線制模塊;可編程控制器端使用統一的IO-Link主站模塊。統一的安裝接線：用戶在設計時，無需考慮2線、3線、4線甚至12線的設計，無需考慮針腳號、線色和屏蔽線的選擇;傳感器端是統一的三線制設計(電源正、電源負、IO-Link信號線)。統一的軟件設定：通過統一的設備參數管理文本(IODDS)，即可輕松實現傳感器和可編程控制器之間的數據交互和參數設定。用戶使用通用型IODDS文本或使用傳感器廠商自定義的人性化IODDS文本即可對傳感器進行參數設定和監控。免維護即插即用：傳統的接口方式，用戶在更換備件時需要根據現場情況對傳感器進行重新設定，內置IO-Link接口的傳感器用戶只需將過去保存的設置文件導入到傳感器中即可。

下一代的IO-Link接口技術更可實現傳感器掛入后的參數自動下載，無需用戶操作。保留標準I/O接口：考慮到當前網絡的可替換性，在設計IO-Link接口時，可編程控制器端IO-Link主站模塊的輸入口可自定義，即可接常規傳感器，又可接IO-Link傳感器;同樣的IO-Link傳感器的接口也可自定義，即可當常規的NPN/PNP傳感器用，也可當IO-Link傳感器用，確保了與當前網絡和設備的兼容性。我們有理由相信，在不久的將來，IO-LINK接口技術勢必會成為整個傳感器行業的現場設備層接口技術的領跑者。