信號(hào)是將測(cè)量的過程變量(如：溫度、壓力、流量、液位、組分等)，按照一定精度和一定關(guān)系，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后形成信息的一種物理表現(xiàn)。
在流程工業(yè)的過程控制中，采用的信號(hào)類型分別為氣動(dòng)信號(hào)、電動(dòng)信號(hào)和光信號(hào)。
電動(dòng)信號(hào)的傳輸要求
作為電動(dòng)信號(hào)，可以測(cè)量熱電偶的電壓、熱電阻的阻值變化以及流量、壓力、液位等過程參數(shù)被轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)。電動(dòng)信號(hào)分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，前者為連續(xù)信號(hào)，后者為離散的、不連續(xù)信號(hào)，二者之間可以通過A/D，D/A轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
1、流程工業(yè)中的信號(hào)類型
4-20mA(DC)/1-5V(DC)、4-20mA(DC)+數(shù)字信號(hào)(如HART)、數(shù)字信號(hào)。4-20mA(DC)/1-5V(DC)信號(hào)為國(guó)際公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)。現(xiàn)場(chǎng)傳輸信號(hào)為4-20mA(DC)(或疊加數(shù)字信號(hào))，控制室內(nèi)傳輸信號(hào)為1-5V(DC)，信號(hào)電流與電壓的轉(zhuǎn)換電阻為250Ω。數(shù)字信號(hào)的大小采用有限位的二進(jìn)制數(shù)表示。
①信號(hào)下限為4mA，不與機(jī)械零點(diǎn)重合，容易識(shí)別斷電、斷路等故障；變送器需要一定的靜態(tài)工作電流；
②信號(hào)上限為20mA，是基于安全防爆、功耗等方面的考慮；
③電動(dòng)信號(hào)還有0-20mA，0-10mA，0-10V，0-5V等信號(hào)，目前已較少使用。電動(dòng)信號(hào)種類見表1所列。
表1 電動(dòng)信號(hào)種類
2、電動(dòng)信號(hào)的優(yōu)缺點(diǎn)
1)電動(dòng)信號(hào)優(yōu)點(diǎn)
①電動(dòng)信號(hào)適用于計(jì)算機(jī)類控制系統(tǒng)的測(cè)量與控制；
②信號(hào)的傳輸距離長(zhǎng)，且信號(hào)傳輸相應(yīng)速度快、無延遲；
③計(jì)算功能構(gòu)成簡(jiǎn)單，精度高；
④電動(dòng)信號(hào)能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)記錄；
⑤儀表小型化，便于集中管理；
⑥可動(dòng)部件少，在長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)能夠保持性能不變；
⑦數(shù)字信號(hào)受干擾很小，具有高可靠性、高穩(wěn)定性、高精度。
2)電動(dòng)信號(hào)缺點(diǎn)
①電源故障時(shí)不能信號(hào)傳輸，需使用UPS裝置；
②因制造商的不同也會(huì)有不同的信號(hào)電平；
③電動(dòng)信號(hào)易受到電力電纜等引起的電磁干擾；
④在爆炸環(huán)境中使用時(shí)，必須采用防爆結(jié)構(gòu)。
3)信號(hào)線制
信號(hào)線制主要分為兩線制、三線制、四線制。
①兩線制是指現(xiàn)場(chǎng)儀表(如變送器)和控制室儀表之間采用兩根導(dǎo)線連接，兩根導(dǎo)線既是電源線，又是信號(hào)線，既節(jié)省電纜和安裝費(fèi)用，又有利于安全防爆。
②三線制是指現(xiàn)場(chǎng)儀表(如變送器)電源線的公共端(負(fù)端)和信號(hào)線的負(fù)端共用一根線，相比四線制節(jié)省一根導(dǎo)線，故稱為三線制。
③四線制是指現(xiàn)場(chǎng)儀表(如變送器)采用兩根電源線供電，采用兩根導(dǎo)線傳輸信號(hào)至控制室儀表，由此稱為四線制。
HART(Highway Addressable Remote Transducer)，可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速公路通信協(xié)議，用于現(xiàn)場(chǎng)智能儀表和控制室設(shè)備(如DCS等)之間的通信協(xié)議。目前，智能儀表信號(hào)傳輸是將HART協(xié)議疊加在4-20mA(DC)的模擬信號(hào)上，實(shí)現(xiàn)智能儀表的信號(hào)傳輸及雙向數(shù)字通信，二者在同一對(duì)導(dǎo)線上傳輸且互不干擾；儀表的測(cè)量信號(hào)采用4-20mA(DC)傳輸，智能儀表設(shè)備的信息、狀態(tài)、組態(tài)、校準(zhǔn)、診斷等信息通過HART協(xié)議進(jìn)行訪問；這種方式處于模擬向純數(shù)字信號(hào)傳輸轉(zhuǎn)變的過渡。通過手持通信終端、儀表設(shè)備管理系統(tǒng)(IDM)等對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的智能儀表進(jìn)行管理。優(yōu)點(diǎn)：信號(hào)疊加具有兼容性好，額外提供現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息，基本能夠滿足儀表設(shè)備管理系統(tǒng)(IDM)的需求。缺點(diǎn)：數(shù)字信號(hào)傳輸速度低，模擬信號(hào)的缺點(diǎn)無法避免。
現(xiàn)場(chǎng)總線是連接現(xiàn)場(chǎng)智能儀表與控制系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的一種通信網(wǎng)絡(luò)。其特點(diǎn)是數(shù)字化、分布式、開放性、雙向串行傳輸、互操作性、互用性、節(jié)省布線空間、智能自診斷性。優(yōu)點(diǎn)：數(shù)字信號(hào)傳輸速率高；信號(hào)多樣化；傳輸信息多；能夠?qū)崿F(xiàn)雙向數(shù)字通信；控制功能靈活；減少I/O模塊；減少信號(hào)電纜數(shù)量與種類。缺點(diǎn)：技術(shù)復(fù)雜；維護(hù)成本高；不易于維護(hù)；種類較多，兼容性較差。
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