基于EPA标准的现场仪表研究与开发

　　1引言

　　随着自动化、电子和计算机技术的发展，越来越多的现场仪表已经向智能化、小型化和网络化方向发展。现场仪表的主要发展趋势包括：现场总线技术的应用，更小的外形尺寸，多参数变送器技术的发展，以及无线传感网络的应用等。

　　EPA 标准是我国完全具有自主知识产权的基于工业以太网的现场总线国际标准，本文结合传统变送器和执行机构的结构和技术特点，开发符合 EPA 标准的温度、压力、物位变送器和执行机构，使其具有现场总线通讯功能，同时利用 EPA 标准的多信息传输能力，实现现场仪表的远程组态、远程标定和远程故障诊断等功能，达到现场仪表智能化、数字化和网络化的目的。

　　2 现场仪表的总体结构及硬件设计

　　当前主流的现场仪表产品，虽然已经普遍采用了单片机技术，部分实现了智能化的目的，基本替代了传统的模拟仪表，但仍然以“老式而可靠的”4~20mA的模拟通讯技术为主。随着多参数变送器技术的出现并逐渐成为变送器的主要发展趋势，原有的 4~20mA模拟通讯技术已经无法满足变送器的通讯需求，同时，越来越多的控制系统趋向于采用基于现场总线的体系框架，因此在现场仪表中采用数字化协议的现场总线技术势在必行。

　　本文主要阐述基于EPA标准的现场总线通信技术在现场仪表中的实现，所涉及的现场仪表包括 5 大类：压力、温度及物位变送器、电动执行机构和电气阀门定位器。由于本文的重点是基于 EPA 标准的现场总线技术在现场仪表中的实现，限于篇幅，仅给出了变送器的总体电路结构。

　　变送器的总体电路结构包括微处理器单元、传感器模块、信号调理电路、A/D 转换电路、故障检测单元、显示与键盘操作、电源电路、EPA 通信卡等，如图 1 所示。

　　3 EPA通信卡的设计

　　EPA 通信卡主要构成包括处理器单元、RAM、程序存储器、看门狗电路、以太网控制器、以太网接口电路、以太网供电电路以及与仪表卡的接口电路，如图 2 所示。

　　处理器单元采用了 ATMEL 公司低功耗高性能的32 位 RISC ARM 处理器，具有体积小和能适应工业环境应用等优点。以太网控制器采用 Asix 公司 NE2000兼容快速以太网控制器AX88796，执行基于IEEE802.3局域网标准的 10Mb/s 和 100Mb/s 以太网控制功能。

　　4以太网总线供电解决方案

　　在环境恶劣的工业现场，为了减少现场安装的复杂性，提高安全性以及经济性，通常希望连接到现场设备的线缆不仅能够传送数据信号，还要能够为现场设备提供电源，即所谓的总线供电。