年来，现场设备与过程控制系统的连接几乎使用着一成不变的技术。当然，现场总线和无线网络确实是一种进步，但是对于老式的有线设备，使用电缆与控制器上的I/O（输入/输出）板插槽连接就是唯一的途径。只要设备与插槽匹配，那么这种连接就是有效的，例如HART流量计要求使用匹配的4-20mA输入，与热电偶专用的的端子是无法连接的。
        很多时候，这种情况是可以容忍的，但也确实会带来问题。试想罐体上安装了一个液位开关，当液位超过设定高度是就会触发，触发信号通过数字输入进入系统。如果你的老板要求使用磁致伸缩液位传感器代替液位计，以提供连续的读数，情况又会怎样？你无法使用同样的输入通道，因为型号类型不匹配。这就意味着需要更换板卡或者增加一块新的板卡，而你的I/O机架上很可能没有额外的空间安装新增的板卡了。这样一来，一个小工程就会变得复杂起来。
        控制系统供应商时常听到用户如是询问：“为什么I/O无法支持所有种类的现场设备？”近几年的产品开发有了长足的进步，现在这个问题的答案是可以支持。现在越来越多的生产厂商正在提供更加灵活或者更加智能的I/O系统，使用起来更加灵活。这是如何实现的呢？这对你有什么帮助？
        根据你所使用的不同控制平台，智能I/O借助一套硬件和软件与现场设备进行对话。目前所有的系统要想实现这种升级都必须对一些组件进行更换，可能还需要额外的布线。
        两种不同的方法
        对于I/O并没有普适的方法，至少这种方法尚未出现。诚然，诸如基金会现场总线、Profibus PA或者其他类似的方法与所使用的平台无关，只要现场设备支持这些协议即可。这些新型的智能I/O系统能够与任何现场设备一起工作（在合理范围内），但是你必须要购买一套系统与控制器搭配，如果你使用的是DeltaV，你就需要从Emerson公司购买一套这样的系统。

Solvay公司位于法国Tavaux的PVC聚合工厂采用了Emerson公司的Charms和DeltaV version11。图片来源：Emerson。

        目前有两种概念方法可以填补这个空白：Emerson公司的硬件方法和其他公司的更加偏向于软件的方法CONTROL ENGINEERING China版权所有，例如Honeywell公司和Invensys公司。
        在这个讨论范畴内，后者更加合适。Honeywell公司的通用过程I/O（2013年初上市）和Invensys公司的FBM247（刚刚上市）使用相同的I/O设备外形尺寸，可以安装到同一个机柜中，与这两家公司各自为Experion C系列和I/A200系列产品所提供的一样。这两种设备的设计使任何模块上的任何通道能够通过控制系统配置，与多种类型的设备交互连接：
        ■ 模拟输入/输出（HART）；
        ■ 数字输入/输出；
        ■ 脉冲信号。
        Invensys公司认为这种产品改进虽小，但却颇具战略性。Invensys公司的控制和I/O产品管理总监Thad Frost解释道：“这并非一条全新的产品线，它是现有产品家族的子产品。我们选择它是因为它的效能已经被证实。我们的200系列I/O产品已经发布多时，所以它是这个产品家族中新的一员CONTROL ENGINEERING China版权所有，它确实很特别，因为它可以支持多种信号类型。我们可以为现有的控制器增加这个模块，在功能特性上没有任何不同。”
        这具有很明显的吸引力，在搭建新型系统时或者对现有系统进行扩展升级时，可能要求使用新型的或者更多的现场设备，安装人员无需针对给定的输入设备来匹配信号类型。
        “你可以将模块上的任何通道作为任何类型的I/O来使用，而且使用现有的控制工具就能够完全在软件上实现这一功能。”Honeywell Process Solutions的Experion控制和I/O解决方案经理Joe Bastone说道：“现场无需进行任何配置，你可以在通用过程I/O模块上实现所有的现场布线，关闭外壳、离开、或者永远不用再打开外壳。所有其他的事项都可以在工作站上完成。”
        这种概念代替了传统的I/O，后者的板卡和模块是固定的，只能与一种类型的设备通讯。这种方法的一个很明显的优势就是任何模块都可以适用于任何站点，因为仅需要做一种备份即可。而且，配置信息内置于主系统中，当需要更换模块时，只需要将模块外包装拆掉然后安装即可CONTROL ENGINEERING China版权所有，无需预先配置。主系统会自动进行配置。
        这两家公司都希望在这个概念的研究中更进一步，以期提供可以直接使用在工厂车间的完整的机柜，唯一需要关心的参数就是通道的数量。“正在研发中的通用机柜能够为用户提供一站式解决方案，”Bastone说道：“这是一种远程安装的机柜，配有一定数量的通用过程I/O模块，可能是64个、96个或者128个I/O单元。此机柜配有I/O模块、安装条件、电源和光纤转换器，将I/O连接与控制室相连。”
        一种不同的选择
        另一方面，Emerson公司给予其DeltaV架构创造了一种不同的方法，每一个现场设备都通过一个单一的小型特征模块或者Charm进行通讯，每一个现场设备都需要自己的Charm与一种信号类型匹配，不管目的如何，机柜实际上就是一个具有96个通道的I/O板卡。
        Emerson Process Management公司的DeltaV SIS产品市场经理Keith Bellville解释道：“对于传统I/O来说，你不得不将所有现场布线汇总，将多芯电缆编组，然后从中选出4-20mA模拟输入，然后从中选择八个输入分配给一个板卡。这种新方法能够消除传统I/O的这些局限。我们使用实际的多芯电缆替换电缆编组，并使用Charms I/O板卡标示特定信号。每一个信号都是用独立的通道。这是DeltaV I/O，所以能够与DeltaV控制器匹配。”

Emerson公司的方法要求使用特定模块来匹配I/O类型，但是可以按需更换。图片来源：Emerson。

        每一个模块的输出接口都是以太网，所以一根光纤就足以将所有的数据从机柜回传至控制器了。实际的结果就是在控制网络中构成一个小型的信息云，用户可以将来自于特定现场设备的信息发送到多达4台控制器上。从功能上来说，这是与其他厂商系统的最大的差别。
        “当你在现场布置I/O端口时，I/O是按照位置分组的，而非功能。”Bellville补充道：“所以在给定的接线箱中控制工程网版权所有，可能有些电缆来自于反应装置区域的变送器，而在同样一个接线箱中，有些变送器是与公用设备区域相连的。如果使用传统的电缆编组方法和传统的I/O，当引入这些电缆时，你就不得不标示：‘这8个通道是与反应装置区域控制板卡相连接的，而这12个通道应该与公用设备控制器的I/O板卡相连。’而如果你使用电子编组方法，就可以使用一个Charms I/O板卡将所有信号引入，然后按照你指定的设备和控制器的对应关系，将这些信号以电子的方法分配给反应装置控制器或者公用设备控制器。你并不需要在实际的控制器I/O板卡上建立物理连线。”
        新方法的优势
        这些新的方法能够带来如下功能优势：
        首先，用户不必再对给定设备的通讯方法进行考量。如果应用环境发生了变更，而你需要使用一种不同类型的现场设备，你可以通过软件的方式进行调整，或者最差的情况下也只要更换一个Charm即可。
        其次，这些平台可以实现升级和迁移，不管是现场设备的升级还是布线基础架构的升级，抑或是对控制系统本身的升级。然而，这里存在一个基本的限制，就是每一个平台都与其相应的控制系统紧密结合，所以这个组件在供应商评价的过程中也是重要的一点。

Invensys公司的解决方案适用于I/A200系列平台。图片来源：Invensys。

        再次，这些平台可以应用安全设备，也可以使用传统I/O。与其他公司不同，Honeywell公司在这一领域的第一款产品就与安全设备相关，而且公司的后续产品——标准控制系统I/O版本也已经就绪。考虑到安全相关设备更为复杂的特性已经所涉及到的测试和认证，公司决定首先由此着手。Emerson公司产品是传统的本质安全型SIS Charms。Invensys公司酝酿中的产品包括安全模块。

Honeywell公司的通用I/O适用于与Experion C系列产品。图片来源：Honeywell Process Solutions。

        最后，硬件的灵活性降低了对于替换零件的储备要求，一种设备应对多种应用场合显然是一种优势。
        谁在和谁通讯？
        正如之前所提及的，Emerson公司考虑扩展其能力，以期能够将来自于任何现场设备的数据发送给任何四台控制器中的一台。Invensys公司和Honeywell公司保留了其标准I/O同样等级的通讯功能，所以增加这些新的模块并不会影响原有功能。以点对点的形式将信息由一台控制器发送给另一台控制器是有方法实现的，只不过这些方法较为复杂。
        “I/O模块和控制器之间的密切连接对于我们的一些高端用户来说可能是一个有益之处，这主要是因为目前大家对于安全性的关注越来越高CONTROL ENGINEERING China版权所有，”Honeywell Process Solutions的C系列I/O产品经理Bob Bristow说道：“这种密切的关系使得一根光纤上可能发生的任何问题都无法影响到控制器和为其服务的I/O端口。有些不好的情况确实会发生，使I/O端口和与其集成在一起的部分中断连接，这就是为什么选择了这样一种架构的原因。”
        Invensys公司的Frost赞同这种观点：“当I/O端口没有与指定控制器连接在一起时我们称这些I/O为失链I/O，我们的I/O通常都是连接的。要使一个指定端口与另一个不同的控制器相连还要花些功夫，这是我们未来努力的防线，现在我们确实不具备这种能力。”
        这能说服你吗？
        这些新型I/O系统提供了额外的功能特性，在硬件和工程成本上都能够带来节省，他们都与特定的控制系统平台相连，并且只能够与那个平台相连。如果你已经使用了Invensys公司的I/A系列200型或者其他产品，这种变更就非常简单。如果不是，那么就只有重新来过，但是可以想见，其他生产厂商也会推出类似的产品。
        其他的选择就是更换你的控制系统供应商，这些增加的能力或许不足以说服你进行系统变更，但是如果你已经在计划系统变更，那么这些新增的能力可以影响对供应商的选择。
        在某种程度上讲，最吸引人的部分可能尚未成为现实。这些系统的模块化使其能够根据环境的需求轻松地实现修改。相比之下，为了支持更加大型的资产管理程序而必须使用HART之类的协议，而这一直面临着一个难题，就是必须对老式的硬接线设备网络进行升级。这些老式平台的操作人员发现要想增加这种能力几乎是不可能的，因为硬件条件不允许。这种类型的限制以后将不复存在，增加新的通讯方法或者通讯协议可能仅仅要求更换一个合适的模块即可，甚至可以通过软件进行变更。