对于一个控制系统来说，前端测量和后端控制是最基本的功能，而执行测量和控制功能的设备也是控制系统中最重要和不可缺少的部分。完成测量功能的设备一般称为传感器和变送器，而完成控制功能的设备称为执行器。这些设备也统称为现场设备，即直接连接到现场的设备是控制系统与被控对象之间的接口。

为了使现场设备正常工作，完成系统赋予它的功能，必须解决两大问题，一是现场设备本身的供电(有些传感器是不需要供电的，比如热电偶)，二是系统与现场设备之间的信号传输。供电的问题很好理解。任何设备要想正常工作，都必须由电源提供所需的能量。信号传输的问题比较复杂。

如上所述，现场设备是控制系统与被控对象之间的接口，因此现场设备是一个“双面”设备:一方面现场设备需要与被控对象传输信号，另一方面现场设备需要与系统传输信号。这是因为被控对象产生的测量信号和施加在被控对象上的控制信号大多不是标准的电信号(电流、电压等。)，必须由现场设备转换成便于控制系统处理的统一电信号。现场设备一般会安装在现场，即被控对象的一侧，与测控元件形成一体化装置，而控制系统则安装在集控室内。因此，现场设备与被控对象之间的信号连接往往不被认为是传输问题，而只有现场设备与控制系统之间的信号连接才被认为是信号传输。

在由常规仪表组成的模拟控制系统中(一般指电气单元组合仪表)，现场设备用标准的4-20mA电流表示测量值，控制单元用模拟技术进行控制运算，输出4-20mA电流表示的控制值，现场设备用该控制值实施控制；在数字控制系统(如DCS、PLC等)中。)系统以计算机为控制器，首先对现场设备的4-20mA测量值进行A/D转换，即数字化，经计算机运算后生成控制值，再通过D/A转换形成4-20mA控制值，由现场设备控制。

传统上，数字控制系统中的A/D转换和D/A转换被认为是控制系统的一个组成部分，所以无论是模拟控制系统还是数字控制系统，其与现场设备的信号传输都采用4-20mA标准模拟信号。可以说，这是一个成熟可靠的信号传输标准，已经使用多年，并得到广泛认可。

进入新世纪后，随着信息技术和网络技术的飞速发展，人们对现场与控制系统之间的信号传输提出了更高的要求。原来基于4-20mA标准的传输系统只能传输一个信号，或者一个测量值，或者一个控制值，没有其他信息。但是这个信号的好坏，比如信号是因为开路还是短路而显示出最大值还是最小值，或者是因为信号传输过程中的干扰而与实际值有较大的偏差，都是无法反映出来的。尽管4-20mA的标准在开路或短路检测方面比0-10mA的标准好得多，但其能力仍然有限。此外，4-20mA标准完全无力传输被测值和被控值以外的信息，如现场设备本身的诊断信息、被控对象的参数和运行状态信息等。随着自动化系统控制功能的不断完善和深化，控制系统越来越集成化，即控制系统除了基本的回路控制外，还需要完成更复杂的综合控制和协调控制，系统已经从单一设备控制发展到多设备、多过程的联合控制。此外，控制系统越来越多地与企业的生产调度和管理相结合，形成了从底层控制到高层管理的完整体系。在这种发展趋势的推动下，模拟传输系统固有的通信能力差的问题越来越突出，用数字网络通信取代模拟信号传输的要求越来越迫切。

由于模拟信号传输系统的上述缺点，数字网络传输系统自然受到了极大的关注。数字传输最大的特点是可以承载巨大的信息量，是模拟信号传输的几百倍。而且可以对数字信号的传输进行有效的检查，保证信号传输不失真，因此抗干扰能力强。在信息集成方面，数字通信具有无可比拟的优势。

虽然数字信号传输系统比模拟信号传输系统有很大的优势，但如果要大规模应用和替代，还有很多问题需要解决。

首先，信号传输的实时性问题。对于模拟信号来说，由于是用一个电流值来表示物理量，并且这个电流的瞬时值可以随时测量，所以即使经过很长的传输线，信号的延迟也只是电子传输的时间，所以可以认为它对物理量的表达基本没有延迟。数字信号则不同。因为数字信号是用一串0或1的“比特流”来表示物理量的值，所以为了获得一个物理量，必须将表示该物理量的所有比特都完整地接收到，然后才能获得该物理量的值。显然，这个过程是需要时间的，这与传输线的比特率和同一条线上传输的信号数量有关。这样，在数字信号传输系统中，就必须评估信号传输的延迟是否在保证控制质量的允许范围内，也就是我们常说的“实时”问题。

第二，要解决数字传输的成本问题。对于模拟信号，接口电路非常简单，甚至可以直接用模拟信号驱动运算、显示等单元。但是数字信号需要复杂的接口电路，同时数字信号需要软件处理。因此，数字传输线的两端都需要配备可以执行软件的微处理器。当然，通过在同一条传输线上传输多个物理量，可以平均分摊传输成本，从而达到降低每个信号传输成本的目的，但这又不得不牺牲实时性，所以需要有所取舍。

第三，要解决数字传输的可靠性问题。数字传输原则上可以采取很多验证措施，所以可以保证信号在传输过程中不失真。但由于数字传输是以比特流为基础的，连续传输的比特之间存在很强的相关性，任何一个比特的误码都可能导致一次传输的失败，往往会影响后续的传输。一旦出现这种情况，控制系统将无法在要求的时间内获取信息或发出信息，严重时会使系统失效。此外，为了充分利用数字传输的容量，除了测量控制信号之外，其他信息，例如设备诊断信息、设备参数信息和设备状态信息，经常在同一条线路上传输。软件处理不好，信息会干扰测控信号，至少影响测控信号的实时传输。