工业传感器与通信协议的兼容性探讨

　　目前市场上各个工控机、PLC、总线产品厂家林立，现有的总线协议种类繁多，工厂自动化领域主要有：Ethernet、CANopen、DeviceNet、PROFINET、PROFIBUS－DP、PROFIBUS－FMS等；过程自动化领域主要有：FoundationFieldbus(FF)、PROFIBUS－PA、P—NET(ProcessautomationNet)等；并且各个协议之间相互独立，互不兼容，这就给客户的应用带来了很多不便，这对于客户至上的市场现状来说，无疑不利于工控行业的长期稳定发展。在这样的背景下，一场工业现场总线技术的革命势在必行，如何实现多网络、多协议的互联互通、无障碍运行无疑是工业现场总线技术发展的方向。 

Ethernet网络无疑是众望所归，开放的Ethernet是20多年来发展最成功的网络技术，并导致了一场信息技术的革命。随着网络技术的发展，加上各大网络公司、自动化公司(如西门子公司)等的努力，可以预见，象当年PC进入工业自动化领域一样，Ethernet／IP将会十分迅速地进入工业控制系统的各级网络。 

目前，工业现场总线正在逐步地转向Ethernet网络，PROFINET日益得到广泛应用正是其表现之一，作为一项战略性的技术创新，PROFINET为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题，并且，作为跨供应商的技术，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线(如PROFIBUS)技术，保护客户现有投资。但PROFINET只是技术革命的一小步，今后还有漫长的发展道路要走。 

以上介绍的是现场总线协议的情况，转向传感器，各个自动化领域的知名传感器制造商均有技术实力生产、制造支持总线协议的传感器产品。但是如何最大程度地实现与现有的各种总线通讯技术相兼容则是各个厂商不得不面对的难题，也是今后传感器技术发展的方向。为了更好地设置参数和存储配置数据以便于控制和指示，许多传感器和执行器都已经配备了微处理器系统，并且通过诸如：HART、IO-Link等通讯技术实现了与控制层的点对点访问。 

因此，我觉得对于各个传感器供应商来说，不但要制造直接支持通用工业现场总线协议的产品，如：支持CANopen、PROFIBUS－DP、DeviceNet协议的旋转编码器、线性位移传感器以及压力、温度、流量类测量传感器等；更要不断地研发制造出支持HART以及IO-Link等点对点协议的产品，这样的产品既有独立的通讯技术，又可以兼容于主流通用的网络架构之中，极大限度地满足了的传感器标准化和商品化的需要。 

对于传感器支持协议的选取，通用性和实用性最为重要，现在传感器间的信息量已超过计算机或其它应用，成为信息交互的主流，传感网与因特网的高效融合，能实现人与物、物与物的互联。

因此，传感器核心芯片和传感器网接入因特网的技术将成为今后几年IT前沿技术进展中优先攻关的瓶颈。这样，如何更好地将传感器与Zigbee通信技术、RFID通信技术、WI-FI通信技术、以及2G和3G通信技术相结合，便成为了未来传感器发展的主要方向。  

在现有生产研发技术可以满足的前提下，要尽可能地制造支持目前市场上主流工业现场总线通讯协议的传感器／执行器产品，这样才能不断适应日益多样化的市场需要，更好地在日益激烈的市场竞争中占有一席之地，从而提高自身的产品竞争力，更好地满足不同层次、行业的客户需求。 

近些年各大传感器厂商都在追求传感器功能上和智能上的改善，以期推动自动化领域的不断向前发展。但是接口方面却始终如旧，没有大的突破。为了实现现场设备层接口的统一性和透明化，2004年，各大主流传感器厂商合作成立了一个新的协会，专注于IO-Link接口技术的开发和推广，倍加福便是其中的主要成员。直到2011年随着倍加福各类IO-Link接口传感器引入到中国市场，IO-Link接口技术才算是真正意义上的进入中国市场。 

在目前的工厂自动化网络中，我们最常见的传感器仅仅是用于离散信号(如NPN，PNP开关量信号)和连续信号(如电流、电压模拟量信号)的现场设备。透明的数据交互也只停留在控制层，可编程控制器与可编程控制器之间，以及可编程控制器和上位机之间。而当引入IO-Link接口技术后，传感器在提供过程数据(离散信号和连续信号)的同时，还增加了维护数据的交互功能。 

IO-Link接口技术是新一代点对点的通讯技术，它的优势在于统一的接入模块、统一的安装接线、统一的软件设定、统一的数据结构、免维护即插即用、以及保留标准I／O接口。具体来说，统一的接入模块：用户在选择可编程控制器输入／输出模块时，无需考虑NPN还是PNP模块、开关量还是模拟量模块、3线还是4线制模块；可编程控制器端使用统一的IO-Link主站模块。统一的安装接线：用户在设计时，无需考虑2线、3线、4线甚至12线的设计，无需考虑针脚号、线色和屏蔽线的选择；传感器端是统一的三线制设计(电源正、电源负、IO-Link信号线)。统一的软件设定：通过统一的设备参数管理文本(IODDS)，即可轻松实现传感器和可编程控制器之间的数据交互和参数设定。用户使用通用型IODDS文本或使用传感器厂商自定义的人性化IODDS文本即可对传感器进行参数设定和监控。免维护即插即用：传统的接口方式，用户在更换备件时需要根据现场情况对传感器进行重新设定，内置IO-Link接口的传感器用户只需将过去保存的设置文件导入到传感器中即可。 

下一代的IO-Link接口技术更可实现传感器挂入后的参数自动下载，无需用户操作。保留标准I／O接口：考虑到当前网络的可替换性，在设计IO-Link接口时，可编程控制器端IO-Link主站模块的输入口可自定义，即可接常规传感器，又可接IO-Link传感器；同样的IO-Link传感器的接口也可自定义，即可当常规的NPN／PNP传感器用，也可当IO-Link传感器用，确保了与当前网络和设备的兼容性。我们有理由相信，在不久的将来，IO-LINK接口技术势必会成为整个传感器行业的现场设备层接口技术的领跑者。