1 引言 當今的分布式I/O系統解決方案為工業用戶提供了廣泛的系統連通性選擇，并且這種解決方案能夠實實在在地被分解到任何實際的過程控制應用系統中去。 許多工業用戶已經具有選擇分布式I/O系統的豐富經驗。包括事先設計好的模擬量和數字量I/O，所選擇的I/O系統即使在最惡劣的工業環境也能夠可靠運行，其連通性選擇能夠滿足大多數工業過程控制級或者生產企業級設備的需要，分布式I/O系統所提供的寬范圍可選擇性允許將I/O分解到基本的點對點環境，同時還具備了較容易的可擴展性能。 隨著計算機網絡技術和微處理器硬件技術的進一步發展，分布式I/O系統的市場份額正在得到逐步地擴大和增長。同樣隨著新一代分布式I/O系統產品及其解決方案的開發和應用，分布式I/O系統將會成為與分散型控制系統（DCS）、可編程控制器（PLC）和基于PC控制系統并駕齊驅的另一類大眾化產品，也必將得到工業用戶的認可。 許多新的分布式I/O系統采用了完全模塊化設計選型方案，因為模塊化設計能夠進一步滿足工業用戶對過程控制系統高度柔性化的系統選型要求。模塊化設計也有助于滿足工業用戶對于各種類型I/O模件的需求，因為大多數控制系統都具有數字量和模擬量混合控制的要求。只有采取數字量和模擬量混合型模塊化設計方案，才能進一步滿足這種過程控制系統非常柔性化的要求。 2 網絡連接性能 分布式I/O系統制造商正計劃通過提供最好的產品支持并滿足工業用戶的各種需求，他們為其分布式I/O產品增加許多連通性選擇功能，且成為了他們在市場上通行的商業運作模式。一些分布式I/O系統制造商正在設法至少能夠支持兩種或者三種類型以上的網絡連接特性選項。 最近，Rockwell自動化公司已經為其Allen-Bradley FLEX I/O系列產品擴展了網絡連接性能，同時增加了FLEX系列Ethernet/IP適配器1794-AENT。該適配器與DeviceNet和ControlNet采用了同樣的控制與信息傳輸協議（CIP），而且進一步整合了Ethernet TCP/IP和CIP網絡協議體系結構。 1794-AENT適配器能夠為工業用戶提供巨大的使用價值，因為只要通過現有的Ethernet媒體就能夠運行遠程I/O數據信息，并具備連接到高速網絡系統的能力，以便處理大量的I/O數據信息，也能夠非常容易地從遠程站點上監控網絡系統和I/O設備的運行情況。與當前分布式I/O系統朝著能夠具備Web地址的性能方向發展趨勢相一致，這種新型適配器內藏Web頁面，同時還具有I/O模件和網絡系統的診斷數據信息，以及I/O模件組態參數和TCP/IP配置參數等。這種適配器還能夠作為分布式I/O模件與網絡系統之間的網橋，極大地提高了網絡系統的通信功能度。 Phoenix Contact公司也已經進一步擴展了其現場總線I/O系列產品，并提供了新一代FL IL 24 BK Ethernet總線終端器產品，該產品允許在線安裝系統（IIS）能夠利用基于Ethernet TCP/IP技術協議的網絡系統解決方案。整個系統允許不超過63個I/O模件，包括標準的模擬量和數字量I/O模件、熱電偶（T/C）和熱電阻（RTD）模件、安保型繼電器模件、氣動調節閥、機械裝配式I/O設備等，也能夠完全集成到Ethernet TCP/IP網絡系統中去。FL IL 24 BK終端器還包括了一個Web服務器，能夠充分滿足基于Web管理對頁面的需求。 Scanimation公司是Phoenix Contact公司的一個客戶，該公司在其高速掃描系統中采用了帶有DeviceNet I/O BK模件的Inline型分布式I/O系統，這個系統的應用對象為木材加工制造工業的一條自動化生產線。該公司的意圖希望能夠從傳統的點到點I/O布線方式改變到分布式遠程I/O系統的運行方式上，以便減少生產成本和增強系統的可靠性。Phoenix Contact公司為Scanimation公司提供了一種能夠容納不同總線系統的分布式I/O解決方案，可以隨意選擇諸如Interbus、PROFIBUS、DeviceNet等現場總線標準。這一系統解決方案的確定對于該公司下一步的工作起到了非常重要的作用。 Entrelec公司最新推出了內藏DeviceNet現場總線模件的RIO系列化產品，RIO產品包含了一個終端模塊的基本模件和一個內藏通信的模件。每個終端模塊包括8通道數字量輸入和8通道數字量輸出。另外的I/O還可以通過模擬量和數字量擴展模件來完成。內藏模件的使用允許總線系統不需要再連接終端模塊基本模件就能夠容易改變。 SIEMENS電力與自動化公司的SIMATIC ET200S分布式I/O機架能夠處理不超過64個模件，包括PROFIBUS接口模件、數字量和模擬量I/O模件、用于計算和定位任務并面向過程控制的模件、以及一體化電動機啟動器。I/O模件能夠被增加到機械式終端模件，而且還能夠實現無擾動熱交換。 Wago公司最近已經推出了基于Ethernet的可編程現場總線控制器（PFC）產品，該產品能夠在線支持大多數工業通信協議標準，包括PROFIBUS、Interbus、DeviceNet、CANopen、Modbus和Modbus Ethernet等。該公司的傳感器I/O接口現在已經超過90多種類型，包括低和高電壓控制、模擬量、計數器、條形碼閱讀器、RFID閱讀器和編碼器等。 Wieland電氣公司為基于現場總線技術的ricos系列遠程接口系統增加了一種熱電偶（T/C）模件。該模件能夠接受不超過四種類型的J或者K分度熱電偶輸入信號，其接口直接為基于現場總線系統提供了一個面向總線型的連接器模件，該連接器能夠支持Ethernet、PROFIBUS-DP、DeviceNet、CANopen或者Interbus。該模件的一個關鍵性特點是具備自動感覺功能，即能夠自動識別所連接的熱電偶分度的類型，免除了人為手動設置的工作。 利用Beckhoff公司的FM3300型現場總線模件能夠將12或者32通道的熱電偶信號直接連接到一個PROFIBUS現場總線網絡系統中去。所有必需的電氣參數被隱藏到一個符合IP65等級規范的緊湊型工業插件式連接器內。 3 無線網絡 網絡系統的連通性不僅僅意味著硬件方面。無線通信網絡產品的應用正在得到進一步的增長，因為這些產品能夠繼續增強系統的通信容量，并將為工業用戶提供更加誘人的網絡系統通信解決方案，其應用范圍逐漸涉及到各個領域。 OMRON公司已經向工業用戶提供了無線DeviceNet產品。該產品能夠連接到任何兼容DeviceNet的過程控制設備，并允許相應的子網可以向任何方面擴展到500m以外。該產品結合了無線通信傳輸頻譜、頻率跳變和天線多樣性中三種關鍵性技術，因為無線通信關注的重點在于所傳輸信號的可靠性和正確度。借助于無線DeviceNet，一個過程控制系統能夠容納32個無線主工作站，而每個主工作站還可以帶32個從工作站，對于可以建立不超過1024個子網的性能完全能夠滿足工業用戶的需求，其應用領域包括原材料處理、傳動系統、以及集裝箱生產線等。 4 Ethernet的選擇與應用 在分布式I/O網絡系統中，Ethernet已經變得愈加重要，越來越多的公司已經決定充分利用這種發展趨勢。Automationdirect.com公司推出了Ethernet遠程主控制器模件H2-ERM產品，該模件能夠被應用到其D2-240和D2-250型PLC系統中去，連同基于Windows CE平臺的WinPLC型嵌入式CPU模件一起組成新的過程控制系統。通過高速Ethernet鏈路，H2-ERM模件能夠將本地主CPU基件連接到遠程從I/O控制器。每個模件能夠支持不超過16個額外的DL205基件、16個終結器I/O系統、4個全擴展DL405系統、或者這三種類型的任意組合型系統。 Linear公司最近發現了采用Ethernet遠程I/O所帶來的好處，同時也是Automationdirect.com公司的一個長期客戶。該公司利用Automationdirect.com公司的DL05、DL105和DL205系列PLC系統為醫藥制造設備行業提供自動化和半自動化人工助推器裝配生產線解決方案。就先前的I/O系統而言，該公司已經安裝了2～3個配線安裝支架，每個安裝支架不超過37條信號電纜線。即希望利用Ethernet來改進I/O信號的傳輸，將DL250與H2-EBC（基于Ethernet過程控制器）和T1H-EBC（終結器I/O Ethernet接口模件）結合起來，在每臺機器上，已經戲劇性地取得了降低配線數量和設計時間的功效。因此，不再必須安裝配線安裝支架，所有I/O系統僅僅通過一條五類或者超五類雙絞線就能夠進行數據信息的傳輸和處理。 這種簡單的配線方式和網絡系統連通性為OEM制造商提供了具有重要性的額外好處。Linear公司為利用基于Ethernet I/O系統出據了應用報告，允許進一步采用標準控制箱設計方案，并且還可以應用于個別特殊機器的控制。要是在過去，該公司還不得不為多機器系統中的每臺機器設計特殊的控制箱。 Intelligent Instrumentation公司正在計劃將Ethernet技術應用到其EDAS產品系列。該公司還推出了iFactory監控軟件包，該軟件包通過標準的Web瀏覽器能夠將EDAS單元的數據信息發布到Internet上。 Intelligent Instrumentation公司的EDAS CE開放型結構體系工業分布式I/O系統提供了隔離數字量和模擬量I/O、10/100BaseT Ethernet、以及基于Windows CE平臺的開發工具，其設計主要應用于分布式監控和過程控制任務。允許可以有不超過8個I/O模件能夠被增加到其基本單元，同時提供了不超過128通道的I/O能夠滿足各種類型的I/O需求。 Comark為工業用戶提供了ADS（增強型分布式系統），ADS是人們期待已久的一種高度柔性化過程控制系統。其I/O模件產品可以通過直接或者分布式Ethernet I/O的形式加以應用，對于直接型I/O能夠容納不超過32768個I/O測點，而對于網絡型I/O則是沒有限制的。ADS的I/O模件包括了模擬量、數字量、熱電偶、熱電阻、定時器/計數器和通信等類型。 Opto 22公司已經將開發重點完全轉移到Ethernet，并取得了巨大的成功。該公司前不久才推出了SNAP系列分布式Ethernet I/O系統，系統剛推出就獲得了大量的訂單。在該系統內部存儲了為工業用戶開發的Web頁面和系統組態參數。 SNAP系列分布式Ethernet I/O系統內藏了基于Web的人機界面，用于診斷信息顯示、組態參數配置和設備維護與故障處理信息顯示，這些信息為工業用戶提供了截然不同的好處。現在，在這種分布式I/O系統內，工業用戶可以通過內藏的Web服務器來建立他們自己的Web頁面，允許他們為分布式I/O系統建立高度用戶化和特殊圖形化應用的人機界面。 Opto 22公司推出了基于其SNAP Ethernet I/O系統的SNAP Ultimate I/O模件，該模件充分結合了當前分布式現場I/O發展趨勢的一些關鍵性特點，以及一般情況下自動化應用領域的特性，包括本地、分布式智能控制，編程能力和網絡系統連通性等。SNAP Ultimate I/O模件合并了一個10/100M byte自適應Ethernet接口和純粹的TCP/IP數據傳輸協議，連同同時支持多種應用級數據傳輸協議，包括Modbus TCP、XML、用于網絡管理的SNMP、用于電子郵件傳輸的SMTP、以及該公司的開放型IEEE 1394等協議。通過將這些數據傳輸協議嵌入到相應的控制系統產品中去，SNAP Ultimate I/O能夠直接與生產企業管理系統通信，排除了對于復雜軟件接口的要求。 Opto 22公司的ioControl軟件內藏了SNAP Ultimate I/O模件的組態功能，該軟件是基于流程圖的控制軟件解決方案，其腳本語言開發工具能夠應用于象數學計算、控制回路和字符處理等復雜功能。進一步結合SNAP Ultimate I/O的附加內存（8Mbyte），現在，先前需要通過PLC、PC或者其他過程控制器完成的功能在I/O級就能夠被獨立地執行。 Nematron 公司的一個全資子公司Optimation也正在努力將Ethernet技術熔入自己的控制系統產品中。Optimation公司正好推出了兩種新的基于Ethernet I/O模件的OptiLogic系列產品OL2258和OL2304。OL2258是一個具有2通道高速脈沖計數器模件，該模件包含了在板智能化處理和計算脈沖信息，它能夠應用于諸如運動控制、儀器儀表和速度測量等監控與過程控制。OL2304模件具有4通道模擬量電壓輸出，每個通道能夠被允許編程的四種電壓范圍為:0～5VDC、0～10VDC、1～5VDC和1～10VDC。該模件能夠應用于其他模擬量和數字量模件以4或者8通道為基礎的任意組合。 Optimation公司所提供的OptiLogic型分布式Ethernet I/O產品系列已經得到了進一步擴展，其擴展包括了OL2602型雙通道RS-232C接口模件。OptiLogic提高了該公司的模擬量和數字量I/O模件的應用范圍，也能夠與OptiLogic型RTU單元一同工作，利用10BaseT Ethernet還能夠與分布式I/O進行通信連接。 在某示波鏡裝配廠的一條生產線上應用了OptiLogic系列產品，其機構緊奏，連同Ethernet的采用和串行通信能力是其關鍵性特點之一。該生產線使用了2臺PC機用于控制和28個OptiLogic遠程終端單元（RTU），并采用了標準的10BaseT Ethernet接口部件。系統總共有825個分布式I/O測點，包括39個RFID讀/寫頭和12個條形碼閱讀器，它們通過RTU連接在一起形成網絡。基于PC控制方案用于連接裝配線的運行監控，一套生產執行系統（MES）用于跟蹤和區分每個獨立裝配線單元的執行順序。 Sixnet公司提供了一種EtherTRAK型產品ET-8INS，ET-8INS是一種能夠連接熱電偶、熱電阻、電壓（mV～）和電流等輸入信號的通用輸入模件，這些信號可以直接通過Ethernet網絡進行傳輸。該模件具有高精度的16位信號輸入通道，對于降低電氣噪聲和接地信號回饋提供了真正意義上差分信號輸入特性。此外，該模件還具有線性化和熱電偶冷端補償功能，允許工業用戶混合輸入各種類型的信號，每個通道的信號可以通過軟件進行組態設置，以適應各種各樣不同類型的信號輸入范圍，而且通道與通道之間還是完全隔離的。 Sixnet公司為其SiteTRAK型遠程終端單元提供了Ethernet連接能力。SiteTRAK具有6通道模擬量輸入和4通道數字量輸入，但通過RemoteTRAK I/O可以進行擴展。Sixnet公司的客戶正在將SiteTRAK系統應用于電廠的監控、化學容器罐的液位控制、以及臨界壓縮機和泵等生產設備的運行監視與過程控制。 不久前，Advantech自動化公司推出了其ADAM-5000/TCP產品，該產品是一種基于Ethernet I/O的解決方案，并廣泛應用于數據采集和過程控制系統。ADAM-5000/TCP提供了一個10/100BaseT Ethernet自適應通信接口，通信不超過100m。它支持Modbus TCP技術協議，并允許工業用戶通過Ethernet進行遠程組態。 來自于Schneider自動化公司的Momentum平臺利用Ethernet作為其通信的中樞，并用于完成數據信息采集、對等通信和I/O信息采樣。在其內部還提供了5種嵌入式Web頁面，允許利用標準的瀏覽器就可以訪問控制設備的運行狀態和設備故障診斷信息。 Automationdirect.com公司提供了基于Ethernet技術的基本控制器模件H2-EBC，該模件可以嵌入到任何DirectLOGIC 205型PLC I/O機架中的CPU插槽內，通過一般的PC機還能夠進行遠程I/O控制。每個基件所提供的10BaseT Ethernet通信接口具有小于1ms的I/O刷新速率，而PC機與I/O模件之間的通信傳輸速率為10 Mbps。該公司還提供了用于DeviceNet現場總線網絡的低價格I/O部件（F2-DEVNETS）和SDS（F2-SDS-1）網絡連接器。所有三種網絡模件均可以廣泛支持該公司的DL205系列數字量和模擬量I/O信號。 National Instruments公司為其FieldPoint型智能化分布式I/O系統開發了一種新的高速Ethernet接口模件。該模件采用了TCP/IP兼容的數據傳輸協議，通信速率為10或者100 Mbps，利用其FP-1600模件能夠將FieldPoint型I/O模件直接連接到標準的Ethernet和快速Ethernet網絡系統。在每個Ethernet網絡節點上，開發商可以利用單個網絡模件與不超過9個FieldPoint型I/O模件進行接口連接。 National Instruments公司另外還推出了一種SRM6000型無線調制解調器模件，該模件采用了頻率跳變和頻譜擴展技術，利用具有特殊特性的天線能夠傳輸數據信息不超過20英里。在許多制造業應用領域，安裝電纜是非常昂貴的，也是存在許多問題或者不太可能的事情。而SRM6000正好能夠克服這方面所存在的具體問題，因為SRM6000使用了從902～928 MHz的擴展頻譜帶寬，工業用戶并不需要任何FCC或者DOC站點許可證就能夠運行操作。除能夠作為一種遠程調制解調器與FieldPoint通信以外，還能夠被組態作為一種基本單元，從現場控制設備接收數據信息的傳輸，并直接將數據信息轉發到PC機上。 Foxboro公司的I/A系列自動化控制系統也已經采用了數字化現場總線技術。該公司最近推出了幾個增強型平臺，包括一種新的高性能Ethernet現場總線網絡和增強型現場總線I/O模件。 該Ethernet網絡模件的開發為安裝于生產現場的智能化現場總線模件與遍布整個工廠范圍內的分散型過程控制系統之間提供了一種安全和低價格的數字化通信鏈路。該模件利用10 Mbps技術通過Foxboro公司原來的IEEE 1118數字化現場總線進一步提高了現場總線網絡的性能特性。這種總線型設計方式用于擴展到遠程現場控制設備，作為一條公共干線而提供服務，統一所有輸入和輸出現場數據信息，而不管這些數據信息的來源或者傳輸協議。 經過重新設計的現場總線模件幾乎能夠與各種類型的任何工程應用相匹配，從基本數據采集應用的整體隔離I/O模件到通道隔離的I/O模件，以及應用于臨界控制任務的冗余I/O模件。其設計符合Div.2，Zone 2危險應用領域規范，還能夠通過標準DIN導軌安裝于控制現場的公共接線盒內，更加接近于現場傳感器和執行機構。 Comark公司的增強型分布式I/O（ADS）系統通過10BaseT Ethernet技術已經進行了網絡化設計更改。該系統為工業用戶提供了較寬范圍內隔離模件的選擇機會，包括數字量、模擬量、運動部件、定時器和通信等模件。 5 分布式I/O連接器 對穩固和最小配線的要求是OEM制造商和最終用戶同樣關心的性能特性之一。降低配線數量不但能夠減少初期投資，而且還能夠長期提高控制設備的可靠性。一些供應商為工業用戶提供了緊湊型連接器，其設計結構簡單，從轉換開關、螺線管、執行器和其他傳感設備等現場設備能夠獲得穩定的配線。 Turck公司最近推出了其multibox型picofast系列4個和8個口的連接器。這種連接器的設計對于空間有限的應用可以大大減少配線數量，諸如半導體裝配設備生產線等應用領域。該連接器的額定電壓為10～48VDC，額定電流為3A/口，而且符合IEC IP67標準。連接器面板上安裝有LED指示燈，能夠不斷顯示每個口的運行狀態。 InterlinkBT公司則將其開發重點集中于高級設備級總線解決方案上。該公司為工業用戶推薦了一種小型化總線型控制站點和piconet網絡，并為小型、高科技產品系列和其他空間有限型應用領域提供了一種現場總線網絡解決方案。IP67標準規定模件的尺寸為7.0×1.2×1.1英寸，還定義了相應的過程數字量和模擬量信號。這種產品能夠支持包括DeviceNet、PROFIBUS-DP、CANopen等開放型現場總線網絡協議，對于任何I/O信號的配置，還能夠與常規通信網絡集成在一起。一個piconet網絡系統可以允許最多不超過256個模件的連接，并提供了1.5 Mbps的高速傳輸速率，即1ms以內大約能夠采集1000個I/O測點信號。 6 分布式I/O應用于過程控制行業 通常，應用于過程控制領域內的分布式I/O系統必須能夠滿足惡劣環境和危險位置等特殊要求，MTL測量與控制儀器儀表公司的產品就主要應用于該領域。該公司的MTL8000系列分布式過程I/O系統包括了廣泛的I/O類型（安全型、本質安全型和智能設備型），提供了廣泛的總線協議、局域網（LAN）和現場總線選擇類型，在大型分布式I/O系統中，能夠連接多個過程控制節點。還提供了自動化模件地址選擇和過程控制模件的熱交換功能。 MTL公司最近與GE Fanuc公司和GE自動化服務公司一起提供了一種混合型過程控制系統。該控制系統利用了運行于90-30 CPU系列之上的GE Fanuc公司的CIMPLICITY OpenProcess系統，連同MTL8000分布式過程I/O組成新的控制系統解決方案。之所以選擇MTL8000的主要原因在于GE Fanuc公司急需要本質安全型I/O模件，并且還提供了HART連接性能。MTL8000分布式過程I/O模件采取了特殊的I/O隔離技術，能夠滿足各種對于可靠性和環境要求特別高的過程控制系統應用。 MTL8000分布式過程I/O模件包括了MTL公司的總線型接口模件（BIM），該模件提供了高性能、冗余通信、MTL8512 HART連接器和基礎性的軟件。這種組合形式提供了HART連接的功能度，當需要的時候還可以進行在線維護和管理。整個系統通常包括了7個I/O連接機架、12個BIM模件、超過1000個I/O測點，能夠組成非常柔性化的過程控制系統應用。 Pepperl+Fuchs公司推出了其IS-RPI（本質安全型遠程過程接口）系統，該系統主要定位于要求具有本質安全的危險性應用領域。系統所提供的總線型連接器通過PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、Modbus RTU、ControlNet或者光纖通信電纜能夠將現場過程控制信號傳輸到DCS系統或者PLC系統。 Rockwell公司也提供了FLEX Ex I/O系列本質安全型I/O解決方案。Sensient公司最近將FLEX Ex I/O系列產品應用于其酒精生產設備的自動化控制系統中，該公司希望確保酒精生產和勾兌能夠達到所要求的濃度，并且在工廠內的危險領域還能夠保持一個安全生產環境。確保酒精產品的濃度對于Sensient公司是至關重要的，因為酒精產品的濃度最終決定于發酵粉所析取香料的質量。發酵粉在面包、啤酒和葡萄酒等食物和飲料的生產過程中僅僅扮演了一種臨界角色。 在該控制系統應用中，FLEX Ex I/O模件與Allen-Bradley公司的PLC-5和SLC 500過程控制器、1771型I/O、遠程I/O網絡、以及RSLogix編程軟件一起混合使用。具有本質安全特性的ControlNet網絡被應用于個別具有危險和保密性質的領域作為PLC和分布式I/O系統之間的數據通信。FLEX Ex I/O模件的應用進一步消除了在危險應用領域能夠連接現場控制設備對終端器、IS（本質安全）柵欄和I/O配線等信號配置柜，以及穿線管線的需求。現在，FLEX Ex I/O模件已經得到了UL組織的認證，并能夠直接應用于符合Class I, Division 1或者Zone I危險領域內過程控制設備的檢測與控制。這充分證明了選擇合適的分布式I/O系統解決方案是極其重要的。 Rockwell自動化公司全球性合作伙伴之一的Spectrum控制系統公司最新提供了一種為Allen-Bradley SLC 500 PLC系統而設計使用的8通道模擬量輸出插卡1746sc-NO8。該插卡具有電流和電壓兩種類型的信號輸出，模擬信號輸出分辨率能夠達到16位，工廠出廠時還為該插件提供了兩種類型的運行操作模式。類型1運行操作模式能夠提供基本的數據信息輸出，而類型3運行操作模式允許工業用戶自己定義工程量單位、信號輸出斜率、信號輸出鉗位值和過程報警信息。 Yokogawa公司已經推出了新一代分布式I/O系統，該系統從設計上就考慮了信號傳輸的柔性化，并降低了控制設備對于空間的要求。另外，還提供了各種功能選項，例如符合Class I, Div. 2和G3等級要求，通道模件能夠接受來自于過程變量的模擬量和數字量的HART協議I/O信號。 Foxboro公司新近將FOUNDATION現場總線增加到其I/A系列自動化過程控制系統中，并在新的或者現有的過程控制系統項目中得到了很好的應用。I/A系列H1現場總線I/O模件能夠支持不超過4個H1現場總線網段，每個模件能夠支持不超過32個過程控制設備。借助于FOUNDATION現場總線的多節點特性，以及多回路現場設備供電能力，像變送器、流量儀表和閥門定位器等設備能夠通過一對單條通信電纜連接起來。由于模件在現場能夠得到可靠的運行操作，所以操作員可以進行遠程監視和操作，大大降低了對配線數量的需要。又由于多種現場通信協議（如:H1、HART、PROFIBUS、FoxCom、4-20mA等）在公共控制網絡上能夠相互適應，因此一個H1網絡段能夠很容易地被增加到現有的I/A系列過程控制系統中。 在某些臨界過程控制應用領域對于過程控制設備冗余性的要求是必須的，愛默生過程自動化公司所提供的控制系統產品能夠滿足這種應用環境的需要，在其DeltaV數字化自動控制系統中為工業用戶提供了Classic和HART I/O冗余系統部件。整個系統提供了1:1的冗余度、自動傳感器的冗余I/O和自動轉換開關。如果主I/O插卡發生了任何問題，控制系統自動切換到冗余插卡上，而不需要用戶的任何干預，同時在操作員顯示面板上還將進一步提供相應的通告信息。系統能夠同時提供模擬量和數字量兩種類型的I/O插卡，在應用中利用了同類型的2塊I/O插卡作為非冗余I/O，冗余特性也能夠很容易地被增加到現有的過程控制系統中。 7 正確選擇分布式I/O數量 在選擇分布式I/O的數量和類型時靈活性對于工業用戶是非常重要的，尤其是OEM供應商，分布式I/O系統在設計時就應該考慮到能夠適應特殊應用的需要。在當前的經濟環境下，沒有哪一個公司能夠完全滿足這種需要，而大部分公司希望能夠進一步縮小工業用戶在選擇其產品時所存在的距離。 National Instruments公司的FieldPoint 2000系列產品由模擬量和數字量I/O模件組成，該產品能夠為分布式I/O訪問Ethernet、串行通信接口、FOUNDATION現場總線和無線通信網絡提供了廣泛的網絡接口選擇。該模件提供了8個或者16個過程通道，對于小信號連接還提供了雙通道模件。所有I/O模件允許直接連接到各種傳感器，包括電壓、電流、熱電阻（RTD）、熱電偶（T/C）、繼電器和脈沖信號發生設備等。 GE Fanuc公司推出了一種VersaPoint型分布式I/O系統產品，這種產品為能夠應用于分布式自動化系統采取了高度小型化設計方式，雖然體積小巧，但能夠滿足各種I/O應用的要求。該模件化系統允許工業用戶能夠按照1、2、4、8或者16點的數量來增加I/O通道。VersaPoint允許通過建立定制方式來進一步減少I/O的投資費用，并提供了接近I/O點的解決方案，避免了I/O測點的浪費。其網絡連通性提供了對像DeviceNet和PROFIBUS-DP等標準遠程I/O網絡的支持。GE Fanuc公司還將為其Genius系列產品開發新的網絡和Ethernet接口部件，并支持全局性Modbus TCP和Ethernet數據信息，以及其自己的Ethernet協議。 Grayhill所提供的OpenDAC系列分布式I/O系統包括了一種雙通道I/O模件，能夠在較寬范圍內提供模擬量和數字量通道信號，而且在每個系統機架上能夠混合使用。網絡接口支持Optomux、Modbus、PROFIBUS和Ethernet TCP/IP數據傳輸協議。每個接口能夠處理1個或者2個I/O機架，每個機架允許處理最多32個通道的I/O測點。 8 對OEM制造商的要求 OEM制造商總是想方設法采用各種新技術來滿足不同用戶的需求，新技術的采用可以使得工業用戶的產品應該能夠更加具有市場競爭能力，并是有利可圖的。采用模塊化設計和開放式結構體系的分布式I/O系統能夠充分面對這種市場應用要求的挑戰。 開放式結構體系的過程控制系統能夠為OEM制造商帶來的益處是顯而易見的。Entrelec公司就推出了systron RIO和systron PM兩種系列化產品。systron RIO是一種緊奏型可擴展系統，并可以支持PROFIBUS-DP、Interbus和WorldFIP三種現場總線網絡的通信。 systron PM能夠滿足必須采用不同現場總線協議或者串行通信協議的工程應用對象的要求，并提供了可以擴展I/O類型的選擇和本地智能化功能特性。systron PM能夠支持6種總線型通信協議，控制系統設計人員可以從眾多的數字量、模擬量、計數器、閥門定位器和運動電機控制器等中選擇所需要的各種類型的I/O模件。 InterlinkBT公司已經推出了其Tile型分布式I/O系統，其開放式設計的現場總線解決方案允許系統集成和OEM代理，而且能夠非常容易地將現有的非現場總線控制升級到控制設備級網絡系統。它能夠與限位開關、按鈕、信號指示燈、電流接觸器線圈和螺線管等一起使用。DeviceNet Tile型I/O模件也是比較豐富的，包括可選擇的4通道模擬量輸入和4通道模擬量輸出模件。 9 柔性系統 Rockwell自動化公司在設計時將其新的Allen-Bradley POINT I/O解決方案直接聚焦于系統的柔性化特性上。Allen-Bradley POINT I/O是一種高度柔性化I/O系統解決方案，對于工程應用方面，允許工業用戶指定選擇符合實際需要和正確數量的I/O模件。該公司已經體驗了Allen-Bradley FLEX I/O為其所帶來的巨大市場效應，除這種模件本身所具有的小型化和巧結構以外，Allen-Bradley FLEX I/O的模塊化和靈活化特性也為工業用戶帶來了極大的方便。 Allen-Bradley POINT I/O由終端基件、I/O模件和網絡適配器組成，全部采用了DIN導軌安裝方式。其設計原則就是在最小的空間內能夠最大限度地混合安裝模擬量和數字量I/O類型的模件。Allen-Bradley POINT I/O依靠DeviceNet現場總線網絡進行通信連接，允許在通電情況下對I/O模件進行拆卸，因此安裝和維護都十分方便。 另外采取了柔性化系統設計的產品是Fisher-Rosemount公司的DeltaV型Classic I/O模件，這種模件化設計子系統的安裝非常靠近現場設備。這種設計方式提供了一些關鍵性功能特性，其模塊性使得工業用戶能夠真正購買到他們所需要的I/O模件數量;其保護性安全栓確保所連接的I/O插卡始終能夠安裝在正確的位置;其即插即用功能為模件的熱插拔和自動配置提供了方便。 Fisher-Rosemount公司最近增加了兩種令人關注的Classic I/O，即H1智能化傳輸器和Classic I/O冗余模件。H1智能化傳輸器允許工業用戶連接現場安裝的數字量I/O信號到現場總線網絡段，這樣可以大大降低對配線的要求。借助于Classic I/O冗余模件，當主I/O插卡出現故障時，不需要用戶的任何干預控制系統就能夠自動切換到備用插卡上。現在所提供的過程控制系統已經能夠完全具備這樣的功能特性。 GE Fanuc公司去年才推出的VersaMax系統已經擴展了包括34種不同模擬量和數字量I/O模件。該系統支持DeviceNet、PROFIBUS-DP和Genius網絡，可以被應用作為具有宿主的I/O系統，還可以作為獨立PLC系統，或者作為不超過256個I/O測點的分散型控制系統。 10 增強運行性能的診斷 來自于現場控制設備的診斷信息對于生產企業高性能生產有著極其重要的意義，而分布式I/O系統也不例外。診斷信息完整的自監控系統能夠有助于大大減少生產設備昂貴的停工時間。 Wieland電氣公司的RICOS（遠程接口通信系統）在局部提供了自診斷功能。RICOS表現出了兩個顯著的功能特性，即自診斷系統和相應的信息顯示面板選項。自診斷模件依賴于過程控制器，通過為本地I/O的分散測點提供相應的控制應用來實現其二選一的診斷功能。一旦RICOS被連接到現場總線網絡，工業用戶能夠在基本單元內進一步模擬輸入和輸出信號的狀態。 Wieland電氣公司最近已經提升了RICOS的功能特性，另外還增加了4種新產品:一種與CANopen兼容的總線型耦合器、一種與CANopen兼容的緊奏型機架、一種Pt-100型熱電阻（RTD）模件和一種計數器模件。此外RICOS還具有低價格的I/O測點和高密度I/O等特點。 西門子能源與自動化公司提供了兩種版本的SIMATIC ET 200S型分布式I/O系統，一種是標準版本，另一種是帶有高級診斷信息的版本。SIMATIC ET 200S是一種與PROFIBUS現場總線兼容的完全模塊化系統，并提供了2和4通道數字量和2通道模擬量信號能力。 西門子公司還提供了一些新的I/O模件產品，一種是4通道24VDC電壓信號輸入模件、一種是4通道0.5A電流輸出模件、另一種是4通道2A電流輸出模件，這三種模件均是標準版本的。而2通道24VDC電壓信號輸入模件有標準版本和帶診斷信息版本兩種類型。標準版本相對于帶診斷信息版本具有更低的價格優勢。帶診斷信息版本提供了具有參數化延時特性的輸入信號濾波、電氣短路保護、電源供給診斷信息發送、以及成組信號錯誤LED顯示等功能特性。 ET200S可以被組態成能夠滿足大多數要求的工作站站點，其總的I/O通道容量不能超過64點的數字量或者模擬量模件的混合體。由于一個PROFIBUS-DP網絡上從工作站的最大數據信息傳輸速率為12Mbps。系統能夠允許I/O模件可以進行熱替換，而不需要中斷系統的運行操作或者重新對現場進行配線工作。 VMIC公司的IOMax是一種柔性化分布式I/O系統，該系統可以作為I/O使用，還可以作為不超過256個I/O測點的分散型控制系統。多種數字量和模擬量通道模件可供選擇使用，還包括一種高速計數器和PWM接口模件。對于單個控制節點，多種通道模件可以從8到32測點的I/O密度進行混合使用。 IOMax提供了自動尋址運行方式，免除了使用過程中需要組態的工作。IOMax通過DeviceNet、PROFIBUS-DP、IONet或者Modbus （RS-232/RS-485）協議能夠與宿主工作站進行通信連接。IOMax在熱插拔過程中并不需要特殊的專用工具。所診斷的內容包括測點一級的電氣短路線圈缺省指示器與自動復位，現場供電LED指示，底板供電LED指示，每個I/O模件的供電能力指示。 Weidmuller公司推出了一種網絡診斷監控軟件包DIAmon，該軟件包能夠支持DeviceNet和CANopen控制網絡，此外還能夠支持PROFIBUS-DP。該公司即將推出的WINbloc型分布式I/O系統也能夠進一步支持這三種控制網絡的運行和操作。利用DIAmon軟件包，工業用戶可以直接訪問所連接的工作站，能夠讀取輸入信號，能夠設置輸出信號，還能夠組態工作站站點（僅針對PROFIBUS控制網絡），以及記錄輸入數據信息。 Weidmuller公司還為其WINbloc系列產品推出了一種XI/ON型新一代I/O產品。系統為不同的現場總線協議能夠使用同樣的I/O模件和熱交換能力提供了一種網關產品。 Hirschmann公司已經推出了一種冗余管理器RM-1，RM-1具有完善的系統診斷功能，在冗余Ethernet網絡系統中，它能夠在300ms以內探測出發生故障的網絡，并在同樣的時間內還能夠旁路掉出現故障的網絡。RM-1為操作站的連接提供了8口10BaseT接口，另外還為100Mbits/sEthernet接口模件或者光纖連接提供了2個自由式安裝插槽。 11 其他 Grayhill公司的OpenDAC系列過程控制器和I/O機架等產品能夠支持個別關鍵性網絡通信協議。OpenDAC能夠支持PROFIBUS-DP、Modbus RTU、Modbus ASCII、DeviceNet、Optomux和Ethernet等網絡通信協議。OpenDAC系列分布式I/O系統主要面向于低價格遠程數據采集和控制應用領域，還能夠獨立地與工業PC、PLC、DCS或者OpenLine型過程控制器一起應用作為一個具有宿主的過程控制系統。 Wago公司的新一代752系列模塊化分布式I/O系統也支持許多網絡通信協議，包括DeviceNet、PROFIBUS和Interbus等，其設計原則僅僅主要面向數字量輸入和輸出的需要，同時也能夠與其WAGO-I/O-SYSTEM兼容，并提供了32通道數字量輸入或者32通道數字量輸出信號。 Action Instruments公司所提供的AIOS 2500型產品是一種基于獨立控制器的分布式I/O系統解決方案，通過Modbus RTU或者PROFIBUS-DP網絡通信協議能夠直接與宿主計算機進行通信連接。AIOS 2500為報警信息的定義和復雜計算執行提供了相應的遠程I/O處理器性能。 為了滿足工業用戶對分布式I/O系統需求的增長，Phoenix Contact公司已經為數字量和模擬量傳感器的配線推出了改進型的I/O模件，該模件能夠將相應的數字量和模擬量信號直接連接到Interbus網絡系統中。Interbus現場總線Loop2型模件利用電源供電配線將網絡信號傳送到現場控制設備中。升級以后的單元使得現場控制設備之間的距離從10m到20m能夠得到成倍的增長，經過擴展以后的Loop2模件最大能夠傳輸200m的距離。 Omron公司推出了新一代多功能分布式I/O系統，該系統可以使得現場I/O設備能夠直接連接到一個DeviceNet網絡主工作站，所以工業用戶可以進一步連接和擴展他們自己的DeviceNet網絡系統。整個系統能夠容納不超過8個分布式I/O模件，對于一個單節點地址工作站可以組態不超過512個本地I/O測點。所提供的柔性化系統解決方案允許工業用戶從8通道、16通道到32通道測點的密度選擇符合NPN和PNP兩種類型的I/O模件。 Spectrum Controls公司提供了一種8通道通用模擬量輸入模件1746sc-NI8u，該模件主要為Allen-Bradley公司的1746型PLC的應用而設計，并提供了廣泛的模擬量輸入信號選擇類型，包括熱電阻（RTD）、熱電偶（T/C）、電流或者電壓輸入信號類型等。 Pepperl+Fuchs公司已經推出了緊奏型分布式AS-Interface I/O模件，在現場安裝應用方面符合IP67規范。這種模件有4通道輸入、4通道輸出、2通道輸入/輸出和4通道輸入/輸出等類型可供選擇。另外I/O模件、電源供給和AS-i現場總線網絡連接可以任意快速進行拆分。 12 結束語 從以上的分析和論述中我們可以感覺到分布式I/O系統的最新發展趨勢，即朝著高度柔性化、強自診斷能力、機械安裝本地智能化和流暢的網絡連通性等方向發展的趨勢。