通信机

激光本身具有亮度高、方向性强、单色性好、相干性强等特征，除了语言信息语言，它还能传输文字、数据、图像等信息。[b]激光通信的优点[/b]1.通信容量大。在理论上，激光通信可同时传送1000万路电视节目和100亿路电话。2.保密性强。激光不仅方向性特强，而且可采用不可见光，因而不易被敌方所截获，保密性能好。3.结构轻便，设备经济。由于激光束发散角小，方向性好，激光通信所需的发射天线和接收天线都可做的很小，一般天线直径为几十厘米，重量不过几公斤，而功能类似的微波天线，重量则以几吨、十几吨计。[b]激光通信的缺点：[/b]1.通信距离限于视距（数公里至数十公里范围），易受气候影响，在恶劣气候条件下甚至会造成通信中断。大气中的氧、氮、二氧化碳、水蒸汽等大气分子对光信号有吸收作用；大气分子密度的不均匀和悬浮在大气中的尘埃、烟、冰晶、盐粒子、微生物和微小水滴等对光信号有散射作用。云、雨、雾、雪等使激光受到严重衰减。地球表面的空气对流引起的大气湍流能对激光传输产生光束偏折、光束扩散、光束闪烁（光束截面内亮斑和暗斑的随机变化）和像抖动（光束会聚点的随机跳动）等影响。2.不同波长的激光在大气中有不同的衮减。理论和实践证明：波长为0.4～0.7μm以及波长为0.9、1.06、2.3，3.8，10.6μm的激光衰减较小，其中波长为0.6μm的激光穿雾能力较强。大气激光通信可用于江河湖泊、边防、海岛、高山峡谷等地的通信；还可用于微波通信或同轴电缆通信中断抢修时的临时顶替设备。波长为0.5μm附近的蓝绿激光可用于水下通信或对潜艇通信。3.瞄准困难。激光束有极高的方向性，这给发射和接收点之间的瞄准带来不少困难。为保证发射和接收点之间瞄准，不仅对设备的稳定性和精度提出很高的要求，而且操作也复杂。

在数据通信、计算机网络以及分布式工业控制系统中，经常采用串行通信来交换数据和信息。1969年，美国电子工业协会(EIA)公布了RS-232C作为串行通信接口的电气标准，该标准定义了数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)间按位串行传输的接口信息，合理安排了接口的电气信号和机械要求，在世界范围内得到了广泛的应用。但它采用单端驱动非差分接收电路，因而存在着传输距离不太远(最大传输距离15m)和传送速率不太高(最大位速率为20Kb/s)的问题。远距离串行通信必须使用Modem，增加了成本。在分布式控制系统和工业局部网络中，传输距离常介于近距离(＜20m)和远距离(＞2km)之间的情况，这时RS-232C（25脚连接器)不能采用，用Modem又不经济，因而需要制定新的串行通信接口标准。 　 1977年EIA制定了RS-449。它除了保留与RS-232C兼容的特点外，还在提高传输速率，增加传输距离及改进电气特性等方面作了很大努力，并增加了10个控制信号。与RS-449同时推出的还有RS-422和RS-423，它们是RS-449的标准子集。另外，还有RS-485，它是RS-422的变形。RS-422、RS-423是全双工的，而RS-485是半双工的。 　 RS-422标准规定采用平衡驱动差分接收电路，提高了数据传输速率(最大位速率为10Mb/s)，增加了传输距离(最大传输距离1200m)。 　 RS-423标准规定采用单端驱动差分接收电路，其电气性能与RS-232C几乎相同，并设计成可连接RS-232C和RS-422。它一端可与RS-422连接，另一端则可与RS-232C连接，提供了一种从旧技术到新技术过渡的手段。同时又提高位速率(最大为300Kb/s)和传输距离(最大为600m)。 　 因RS-485为半双工的，当用于多站互连时可节省信号线，便于高速、远距离传送。许多智能仪器设备均配有RS-485总线接口，将它们联网也十分方便。 　 串行通信由于接线少、成本低，在数据采集和控制系统中得到了广泛的应用，产品也多种多样

20世纪80年代以来，许多仪表公司相继推出了自己的具有通信能力的流量变送器产品，所采用的同心协议也有多种，其中最著名的是由Rosemount公司提出的HART协议（可寻址远程传感器数据公路），它是在4～20mA电流上叠加1200Hz和2200Hz两个独立的频率信号，分别代表数字1和0。该频率信号呈正弦波形，幅值为±0.5mA，所以其平均值为0，故将其调制于4～20mA之上却不影响4～20mA的平均值，这样就使HART通信可以和4～20mA信号并存而互不干涉。具有通信能力的流量变送器可同手持终端配合实现与4～20mA并存条件下的数字通信，也可经接口与PC机或DCS相连，实现全数字通信，完成多项任务。1 与手持终端器（HHT）或智能现场通信器（SFC）通信手持终端器或智能现场通信器是以微处理器为基础的与智能变送器进行数字通行的接口装置，是一种新型调试工具，利用它能在现场（或控制室）对智能变送器进行组态、测试、调整、校验、查看自诊断信息。图1所示为与手持终端器的连接。现在多家仪表公司都有此类产品，用户对变送器进行维修、校验极为方便。 图1 智能变送器与手持终端器通信的连接2 与流量演算器一起组成多量程流量计差压式流量计现在仍然是应用最广泛的一种流量计，但是它的范围度较小，不能满足要求较大范围度的很多测量对象。例如，我国北方有不少以取暖设备为主要耗热设备的热用户，夏季的耗热量往往比冬季耗热量的1/5还要低，这样，计量仪表在夏季如果使用与冬季相同的测量范围，那么仅差压变送器误差一项就会给夏季计量带来无法容许的系统误差，所以有许多单位使用多量程流量计。像上面的例子是冬季使用高量程，夏季使用低量程。现在有多种智能差压变送器都能采用通信的方法变更其量程，有些变送器量程可调比高达40倍以上，为多量程流量计的实现创造了良好条件。如图2所示的双量程差压式流量计中，流量演算器与差压变送器之间的两根连接线既是变送器电源线，又是4～20mA模拟信号传输线，同时承担HART通信中传送±0.5mA数字信号的任务。 图2双量程差压式流量计线路连接流量演算器设定有高量程流量上限值 和低量程流量上限值 ，并且分别与差压变送器的高低量程差压上限值 相对应。演算器中还设定有高低量程流量切换值 ，当差压变送器处于高量程状态时，演算器用 参与计算流量，如果计算得到的流量值小于等于 则演算器作出切换到低量程的决策，并按设计好的程序采用通信的方法将差压变送器切换到低量程，开始用 参与计算流量。以后如遇流量值大于 ，又采用通信的方法将差压变送器切回到高量程。在具体实施的时候一般还要设置一个切换差，以防高低量程之间的频繁切换。而且需考虑低流量时的雷诺数修正，以保证测量精确度。3与计算机联网组成数采系统国外有的公司推出用于HART协议通信的硬件产品，例如PCSMART模块，将其插入PC机空余槽口中，其输出可与15台SMART设备构成多站网络。例如和5台智能差压变送器、5台智能压力变送器、5台智能温度变送器构成5点带温度压力补偿流量测量系统。该系统由于采用了高精确度、宽量程的智能变送和运算能力极强的PC机，因此测量精确度高，而且扩大了范围度。用数字通信的方法读取变送器的测量结果要比用模拟信号传送测量信号精确度明显提高。例如，现在各主要仪表公司都能生产的0.1级智能差压变送器，其数字量输出精确度可达±0.075％，而若取电流输出，变送器精确度为±0.1％FS，而此信号进入流量二次表或DCS的I/O口，由于模拟信号方法和A/D转换，还要损失0.05％～0.1％的精确度。由于数字通信技术这一突出优点，大大促进了现场总线的发展和推广应用。4建立在通信基础上的设备管理系统AMSAMS（Asset Management Solution）设备管理系统是专对智能化仪表进行管理和维护而设计的系统，它使用户能够监视、管理和调整在过程中运行的设备和过程本身。（1）AMS的硬件结构 AMS的硬件系统结构如图3所示，它由HART转换器、RS-232/RS-485通信转换器、HART调制解调器和PC机组成。 图3 AMS的系统结构①HART转换器（HART Interchange Unit ,简称HIU）。一个HART转换器可带32台HART设备。一个网络最多可带31台HIU，即可带992台HART设备。一旦通电，每台HIU即建立一个连接设备的内部表。当用软件扫描设备时，需要从现场设备中获取过程变量的状态信息。这些信息先储存到HIU的内存中，再传送到PC机中。②RS-232/RS-485转换器。RS-232/RS-485转换器用来连接HART转换器与PC机的通信口，因为RS-485网络具有传输距离长，抗干扰能力强等优点，现场采用RS-485网络通信。而普通的PC机只有RS-232接口，所以两者之间需要使用转换器。③HART调制解调器（HART Mo-dem）。HART调制解调器是一种结构紧凑、牢固的外部接口，可满足现场和车间维护的需要，它提供了单台设备与AMS相连的手段，它装在一个DB-9外壳内，附有一个9针的RS-232接口。它是隔离的、电流限制的、与极性无关、无干扰的连接方式。HART调制解调器适用于台式和笔记本PC机，无需外部供电，可与任何HART设备以轮询或突发方式进行通信。（2）AMS的软件功能①组态（configuration）。在软件的支持下，通过PC机对现场的智能化仪表进行组态。②仪表校准及维护。维护人员不需将以表从安装地点拆下，也不需将压力等信号输入仪表，在控制室或办公室就可实现仪表的校准和检查维护。③位号查询；状态查询；回路检测与设备资源检测；向HART手持终端下载信息；自动维护文档 查看设备历史信息等。（3）AMS的特点① AMS软件以现场服务器为平台的T型结构，为用户提供一个图形化界面。② AMS为现场设备数据在工厂不同地点之间的交换带来方便。③ AMS通过一个集中数据库获取现场设备数据，从而提高劳动效率。④ AMS通过在线获取现场设备的状态和诊断信息，改进了设备的可用性。