一般的傳感器只能作為敏感元件，須配上變換儀表來檢測物理量、化學量等的變化。隨著微電子技術的發(fā)展，出現(xiàn)了智能傳感器。智能傳感器采用超大規(guī)模集成電路，利用嵌入軟件協(xié)調(diào)內(nèi)部操作，在完成輸入信號的非線性補償、零點錯誤、溫度補償、故障診斷等基礎上，還可完成對工業(yè)過程的控制，使控制系統(tǒng)的功能進一步分散。

智能傳感器集成了傳感器、智能儀表全部功能及部分控制功能，具有很高的線性度和低的溫度漂移，降低了系統(tǒng)的復雜性、簡化了系統(tǒng)結構。特點如下：

● 一定程度的人工智能是硬件與軟件的結合體，可實現(xiàn)學習功能，更能體現(xiàn)儀表在控制系統(tǒng)中的作用。可以根據(jù)不同的測量要求，選擇合適的方案，并能對信息進行綜合處理，對系統(tǒng)狀態(tài)進行預測。

● 多敏感功能將原來分散的、各自獨立的單敏傳感器集成為具有多敏感功能的傳感器，能同時測量多種物理量和化學量，全面反映被測量的綜合信息。

● 精度高、測量范圍寬隨時檢測出被測量的變化對檢測元件特性的影響，并完成各種運算，其輸出信號更為精確，同時其量程比可達100:1，最高達400:1，可用一個智能傳感器應付很寬的測量范圍，特別適用于要求量程比大的控制場合。

● 通信功能可采用標準化總線接口，進行信息交換，這是智能傳感器的關鍵標志之一。

智能傳感器的出現(xiàn)將復雜信號由集中型處理變成分散型處理，即可以保證數(shù)據(jù)處理的質(zhì)量，提高抗干擾性能，同時又降低系統(tǒng)的成本。它使傳感器由單一功能、單一檢測向多功能和多變量檢測發(fā)展，使傳感器由被動進行信號轉(zhuǎn)換向主動控制和主動進行信息處理方向發(fā)展，并使傳感器由孤立的元件向系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化發(fā)展。

化工廠中的智能傳感器與儀表工程

圖1為化工廠某儀表工程項目示意圖，液體通過閥門定位器進入化工槽罐，在進口管道中安裝了電磁流量計，以進行瞬時流量和累計流量的控制；在化工槽罐底部安裝了壓力傳感器，以進行液位的檢測。該項目由于在化工現(xiàn)場，需要本質(zhì)安全型儀表，且需要進行數(shù)據(jù)交換，控制精度要求高。

圖1、化工廠某儀表工程項目的示意圖

根據(jù)工程需要，結合西門子PLC控制的實際情況，化工廠儀表工程項目可以按照如圖2進行控制系統(tǒng)構建。

圖2、控制系統(tǒng)構建

該控制系統(tǒng)中，DP/PA耦合器是PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA兩種總線的結合點和物理連接器。DP/PA耦合器可以單獨使用，也可以和DP Link配合使用，在本項目中單獨使用即可。

D P / PA耦合器有兩種型號， 即Exi DP/PA耦合器和FDC 157-0 DP/PA耦合器，前者最大輸出電流110mA，用于防爆場合；后者最大輸出電流為1000mA。由于控制柜安裝在中央控制室，只有傳感器和執(zhí)行器安裝在現(xiàn)場，需要本安型現(xiàn)場儀表，因此從經(jīng)濟的角度出發(fā)選擇FDC 157-0 DP/P耦合器。

壓力傳感器選型 SITRANS P DSⅢ為智能數(shù)字壓力變送器，帶有HART、PROFIBUS PA或FF總線通訊，具有按鍵操作、診斷功能以及高精度等特點（如圖3所示）。該智能壓力變送器主要用于壓力、壓差、絕壓和液位測量，具有特殊的安全標準。

圖3、壓力傳感器SITRANS P DSIII

SITRANS P智能壓力變送器先進的診斷功能有：

● 雙時間寄存器可以設置何時需要預防維護或是校準的提示信號。

● 可以任意調(diào)節(jié)的三個極限值，這就意味著可以執(zhí)行預設定報警或溫度監(jiān)控。

● 超限記錄：采用不可恢復的瞬間實際值記錄壓力的最大/最小值，傳感器溫度和電子單元的溫度。記錄信息也包括SITRANS P的狀態(tài)、進程和環(huán)境溫度等。

● 仿真功能：使變送器可以對傳感器后面的電子部分和整個回路進行檢查，例如對于開車前的系統(tǒng)調(diào)試。這提供了重要的信息：變送器電子部分是否正常工作? 多少壓力時產(chǎn)生超限響應？控制回路是否正常工作？所有顯示功能是否起作用？

● 簡單的即插即用功能：在現(xiàn)場，如果變送器在電子或測量單元出現(xiàn)故障，可以只替換故障的部件，無需重新校準。

● 現(xiàn)場調(diào)校更容易：DS III系列智能變送器具有獨特的就地按鈕。通過就地按鈕，可對變送器進行各種功能組態(tài)，如零點調(diào)整、加壓和不加壓的測量上下限的設定、單位選擇、阻尼設定、輸出選擇等。此外，由于就地按鈕采用磁感應原理，因而即使在危險場所，無需打開變送器表蓋，無需采用任何專用工具，也可以調(diào)整參數(shù)，運用自如。此外還可以鎖定組態(tài)按鈕，以避免誤操作。

流量傳感器選型 在本安類型中，SITRANS FM系列電磁流量計擁有滿足ATEX和FM認證的各個量程的類型，包括分體式和一體式安裝。它具有本質(zhì)安全級輸入輸出、符合NAMUR NE 21、多信息和多語言顯示、實時流量和累積正反向流量、高級的自診斷功能和出錯記錄。在化學工業(yè)中常常具有苛刻環(huán)境，因而要求使用寬范圍防腐材質(zhì)。西門子SITRANS FM提供的襯里、電極和外殼材質(zhì)都可以經(jīng)受住如此苛刻的過程介質(zhì)的腐蝕。

圖4、氣動閥門定位器

門定位器選型 如圖4 所示的SIPART PS2系列閥門定位器具有以下特點：

● 自動初始化。SIPART PS2可以在很短的幾分鐘內(nèi)，通過簡單的菜單進行自動初始化設定。在這個過程中，微處理器可以自己確定零點、終點位置、運動方向和速度。從這些項可以確定最小脈沖時間和死區(qū)并且進行優(yōu)化控制。

● 低耗氣量。SIPART PS2的另一個顯著的特點是極低的耗氣量，傳統(tǒng)的閥門定位器在工作中會有很多儀表空氣的排放或泄漏，造成儀表空氣的較大需求，產(chǎn)生高的運行成本。由于新壓電閥的技術，SIPART PS2在閥門不動作時不會有任何儀表空氣排放，只在最需要的時間（即閥門動作的時候）用氣。

● 豐富的診斷功能。新型的SIPART PS2可以提供更多的參數(shù)和附加診斷信息，包括工作時間記錄、當前溫度、最小/最大溫度、每個溫度段的工作時間、在線控制閥座（上、下行程位置）、監(jiān)視或顯示可調(diào)閾值等。

閥門定位器的選型結束后就是安裝接線，如圖5所示為儀表PA總線接線。

圖5、儀表PA總線接線

結論

隨著復雜過程工業(yè)的不斷發(fā)展，工業(yè)過程控制對大量現(xiàn)場信號的采集、傳遞和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及對精度、可靠性、管控一體化都提出了更新、更高的要求。

● 智能傳感器和現(xiàn)場總線是組成智能傳感器與儀表控制系統(tǒng)的兩個重要部分

智能傳感器與儀表控制系統(tǒng)用現(xiàn)場總線在控制現(xiàn)場建立一條高可靠性的數(shù)據(jù)通信線路，實現(xiàn)各智能傳感器之間及智能傳感器與主控機之間的數(shù)據(jù)通信，把單個分散的智能傳感器變成網(wǎng)絡節(jié)點。智能傳感器中的數(shù)據(jù)處理有助于減輕主控站的工作負擔，使大量信息就地處理，減少了現(xiàn)場儀表與主控站之間的信息往返，降低了對網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信容量的要求。經(jīng)過智能傳感器預處理的數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場總線匯集到主機上，進行更高級的處理（主要是系統(tǒng)組態(tài)、優(yōu)化、管理、診斷、容錯等），使系統(tǒng)由面到點，再由點到面，對被控對象進行分析判斷，提高了系統(tǒng)的可靠性和容錯能力。

● 智能傳感器與一般傳感器的區(qū)別

以數(shù)字化通信為傳輸方式的智能傳感器與一般傳感器相比，需有以下功能：

1、共用一條總線傳遞信息，具有多種計算、數(shù)據(jù)處理及控制功能，從而減少主機的負擔。取代4-20mA模擬信號傳輸，實現(xiàn)傳輸信號的數(shù)字化，增強信號的抗干擾能力。

2、采用統(tǒng)一的網(wǎng)絡化協(xié)議，成為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的節(jié)點，實現(xiàn)傳感器與執(zhí)行器之間信息交換。系統(tǒng)可對之進行校驗、組態(tài)、測試，從而改善系統(tǒng)的可靠性。接口標準化，具有“即插即用”特性。

智能傳感器是未來工業(yè)過程控制系統(tǒng)的主流產(chǎn)品，將對傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)結構和方法帶來革命性的變化。