V oblasti průmyslové automatizace se v posledních 10 až 15 letech výrazně změnila architektura řídicího systému. Vývoj se posunul od centralizované architektury, reprezentované řídicími počítači a minipočítači k distribuovaným systémům. Pro ty je typické, že výpočetní výkon řídicích členů je dostatečně mohutný i na nejnižší úrovni řízení.
Dále platí i to, že inteligence řídicího systému proniká až přímo do procesu. Prostředkem k tomu jsou jednak inteligentní čidla a akční členy, ale i distribuované inteligentní svorkovnice a odloučené karty vstupů a výstupů.
Bez nároků na všeobecnou platnost výše uvedených pojmů, budeme pod inteligentní procesní instumentací rozumět akční členy a čidla, která mohou komunikovat s nadřízeným řízením (PLC, PC, mikropočítači, zobrazovacími terminály apod.) pomocí sériového komunikačního kanálu nebo jsou ještě navíc vybaveny mikrořadičem pro zpracování signálu (signal processing) nebo realizaci řídicích a regulačních algoritmů.
Důvodem pro tento vývoj byla především snaha zlevnit kabeláž mezi procesní instrumentací a řídicími členy, zkrátit čas a zjednodušit projekt kabeláže pro její instalaci a kontrolu. Sériová komunikace rovněž umožňuje dálkové ovládání této instrumentace (změnu parametrů čidel, kontrolu a kalibraci apod.) a celkově lépe přizpůsobuje procesní instrumentaci současnému stavu mikroelektroniky. Je skutečností, že s ohledem na příznivý vývoj mikroelektroniky, není důvodu nevybavit instrumentaci mikrořadiči (cena mikroelektroniky v inteligentní instrumentaci nehraje dominantní roli), umožňujícími předzpracování procesních dat (filtrace a další „signal processing"). Pro takové řešení je pak realizace sériového komunikačního kanálu přirozeným doplněním jeho funkce.
Převažujícím způsobem propojení na úrovni procesu byla dosud proudová smyčka 0 až 20 mA, schematicky zobrazená na obr. 2.
Její největší předností byla odolnost proti rušení při malých rychlostech a vzdálenostech až stovky metrů. Nevýhodou je jen dvoubodové propojení (tedy ke každému čidlu a akčnímu členu je nutné instalovat dvoudrátový spoj) a malá rychlost přenosu signálu, která vyhovovala sice pro dvoubodový spoj, nebyla by však dostatečná pro sériový mnohabodový spoj. Dodnes se však u některých aplikací používá pod označením TTY. Ve většině případů však byla z výše uvedených důvodů vytlačena napěťovými rozhraními, která se obecně vyznačují vyššími přenosovými rychlostmi a jednodušším zapojením při tvorbě mnohobodového spoje a jak potvrzuje praxe i vyšší odolností proti rušení. Nejprve šlo opět o dvoubodový sériový interface RS 232C a krátce na to o mnohonásobně výkonnější RS 422 (symetrický spoj, plný duplex) a RS 423 (asymetrický duplex). Jako další úspěšné řešení se prosadilo rozhraní RS 485, umožňující dvouvodičový nebo 4 vodičový plný duplex a vysokou rychlost přenosu. Na obr. 3 je uvedeno zapojení rozhraní RS 422, na obr. 4 rozhraní RS 423 a na obr. 5 zjednodušené zapojení RS 485. Na obr. 6 pak jsou uvedeny grafy závislosti přenosové rychlosti jednotlivých řešení na délce spoje.
Přenosová rychlost pro rozhraní RS422 je až 10MBitů/sec. a doporučuje se pro propojení až 10 účastníků. Používá se hlavně pro propojení počítače (řídicího členu) s více periferiemi jako obrazovky, tiskárny, ale i PLC a průmyslové regulátory. Rozhraní RS 423 je asymetrické s nižší přenosovou rychlostí do 100kHz. Přijímač a vysílač musejí být již výrobcem definovány jako pár. Rozhraní RS 485 je z principu definováno jako multi-user interface. Umožňuje propojit až 32 účastníků. Na rozdíl od RS 422 a RS423 používá třístavových tranceiverů.
Zatímco napěťová rozhraní se používají především pro číslicový přenos (přenos dvouhodnotového napěťového signálu), proudová smyčka sloužila jak pro přenos analogového signálu 0 - 20 mA nebo 4 - 20 mA, tak pro přenos digitálního signálu (dálnopisná smyčka). Přenos dálnopisem může být příkladem nejen pro fyzický přenos signálu, ale i pro jeho kódování. V souvislosti s dálnopisným přenosem byl stanoven jak způsob zakódování, tak způsob sestavení dálnopisné zprávy a její zabezpečení. To představuje vlastnosti komunikačního kanálu.
U dálnopisného kódu jde o tzv. znakově orientovaný asynchronní přenos, kdy jeden rámec je tvořen 7 nebo 8 významovými bity, vyjadřujícími např. hodnotu měřené veličiny, vyjádřené v bitech nebo 8 bitů nějaké zprávy. Dále se zpráva skládá ze START bitu, STOP bitu a paritního (zabezpečovacího) bitu. Přijímací strana musí vědět, že zpráva přichází. Přijímač pak odfiltruje první bit s log hodnotou 1 a přijme 7 nebo 8 významových bitů zprávy.
Dle charakteru parity kontroluje korektnost došlé zprávy (sestávající kupř. z těch 8 bitů, tedy kupř. jedna hodnota analogového signálu, změřená 8 bitovým A/D převodníkem).
Po příchodu koncového bitu s hodnotou 1, zpráva končí. Pokud přijímací strana vyhodnotí správně paritu, zpráva je korektní. Přijímač čeká na další začátek dalšího rámce. Vzhledem k tomu, že u dálnopisu šlo vždy o dvoubodový spoj, není třeba vysílat adresu ani přijímací ani vysílací strany. Pokud však nejsme spokojeni se zabezpečením zprávy paritou (při nevhodné kombinaci chyb kontrola paritou selhává), musíme s přijímací stranou dohodnout způsob kontroly přijímané zprávy. Tato dohoda (protokol) je soubor podmínek, které souvisejí s přenosem zprávy a jejím přijímáním. Tak např. součástí protokolu může být prosté opakování zprávy ještě jednou. Je-li stejná, je správná. Není-li stejná, musí být vysílací strana informována, že musí vyslat zprávu ještě jednou apod. Jsou mnohem pokročilejší způsoby (protokoly), jak zajistit korektnost zprávy.
