智能儀表在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用探析

孫 穎 1，王 嵩 2，劉光宇 3，李 睿 3

（1.江蘇萬得電動(dòng)車研究所有限公司，江蘇 丹陽 212310；2.沈陽華晨寶馬汽車有限公司，遼寧 沈陽110044；3.米其林沈陽輪胎有限公司，遼寧 沈陽 110141）

1 智能儀表的結(jié)構(gòu)及原理

計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展使儀表技術(shù)行業(yè)智能化得以實(shí)現(xiàn)。智能儀表本質(zhì)上是一種微機(jī)自動(dòng)檢測系統(tǒng)，是將人工智能的理論、方法和技術(shù)應(yīng)用于儀表，使其具有類似人的智能特性或功能的儀表。為了實(shí)現(xiàn)這種特性或功能，智能儀表中一般都帶有嵌入式微處理器(或數(shù)字信號(hào)處理器)及專用信號(hào)處理電路CASIC，儀表內(nèi)部帶有很強(qiáng)的智能軟件。智能儀表已不再是簡單的硬件實(shí)體，而是硬件、軟件相結(jié)合，由硬件和軟件兩部分組成。智能儀表是具備測控功能的特殊微機(jī)系統(tǒng)，由于承擔(dān)的任務(wù)、應(yīng)用的場合不同，所以各種智能儀表的硬、軟件系統(tǒng)差別很大。簡單的只含幾個(gè)芯片和少量程序，如井下壓力計(jì)、溫度顯示調(diào)節(jié)器等；復(fù)雜的含大量芯片，豐富的軟件和齊全的外設(shè)，甚至使用多個(gè)單片機(jī)；有的智能儀表的復(fù)雜程度甚至超過通用型個(gè)人計(jì)算機(jī)，如色譜質(zhì)譜儀。盡管如此，由于它們都具有內(nèi)藏處理器或單片機(jī)這一基本特征，因此在結(jié)構(gòu)上仍然存在著一些共同之處，其典型結(jié)構(gòu)由三個(gè)層次構(gòu)成。智能儀表的工作原理：傳感器采集被測參量的信息并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，送入多路模擬開關(guān)：由單片機(jī)逐路選通模擬開關(guān)將各輸入通道的信號(hào)逐一送人程控增益放大器，放大后的信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖信號(hào)后送人單片機(jī)中，單片機(jī)根據(jù)儀器所設(shè)定的初值進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理，運(yùn)算的結(jié)果被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和打印，同時(shí)單片機(jī)把運(yùn)算結(jié)果與存儲(chǔ)在片內(nèi)設(shè)定參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算比較后，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果和控制要求，輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。

2 智能儀表的工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用特點(diǎn)分析

（1）系統(tǒng)可靠性強(qiáng)。智能儀表采用高可靠性的總線式開放系統(tǒng)，用戶點(diǎn)數(shù)的增減是任意的，不受儀表臺(tái)數(shù)，距離遠(yuǎn)近的限制，用戶通過方便靈活的組態(tài)就可以實(shí)現(xiàn)。智能儀表作為系統(tǒng)中的各個(gè)控制單元，利用RS485作為現(xiàn)場通訊總線，采用簡潔可靠的自有通訊協(xié)議，可在微機(jī)上實(shí)現(xiàn)l00%儀表操作功能。智能儀表工業(yè)調(diào)節(jié)器的參數(shù)調(diào)整功能除了可通過儀表面板上的按鍵來實(shí)現(xiàn)外，也可以選擇計(jì)算機(jī)上的“儀表參數(shù)修改”來完成。計(jì)算機(jī)中的圖表、報(bào)表的格式、報(bào)表的管理、操作員級(jí)別管理、數(shù)據(jù)的收集與管理、功能選擇等都可由工程師來組態(tài)。

（2）自動(dòng)化程度高。智能儀表系統(tǒng)可以取締人工紀(jì)錄或模擬式紀(jì)錄，全部由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成，并能按組態(tài)內(nèi)容自動(dòng)生成各種報(bào)表，自動(dòng)化程度很高。而且公司的職能主管部門從網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)上就可以實(shí)時(shí)了解生產(chǎn)過程中各參數(shù)控制點(diǎn)、檢測點(diǎn)的情況，對出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象可以馬上進(jìn)行糾正。對于網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)的突發(fā)事故，可以找出事故地點(diǎn)和事故原因，并及時(shí)處理，以保證網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行。

（3）維護(hù)方便。智能儀表可以對信息數(shù)據(jù)接入中央監(jiān)控室控制和管理，對于故障和異常能夠快速的識(shí)別并處理。傳統(tǒng)的開關(guān)柜需要配有多種模擬指針儀表及繼電器，給生產(chǎn)、儲(chǔ)存、維修帶來極大不便，并且以人工直接操作為主，無法實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)智能管理，對于較為復(fù)雜的控制邏輯實(shí)現(xiàn)起來比較困難。采用智能電量監(jiān)控儀表，所有測控單元直接下放到開關(guān)柜內(nèi)。數(shù)據(jù)上傳至各子站的主控單元進(jìn)行處理存儲(chǔ)、調(diào)配以及通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，并通過光纖收發(fā)器接入星型結(jié)構(gòu)光纖以太網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)中央監(jiān)控室對各子站的集中監(jiān)視、測量、控制和管理功能，提高了系統(tǒng)的可靠性以及方便日后的升級(jí)維護(hù)，并使系統(tǒng)安裝接線工作減至最低，符合國際流行的分散分布式現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

3 智能儀表技術(shù)及其應(yīng)用的發(fā)展探討

（1）智能化程度有待提高。智能儀表的智能化程度表征著其應(yīng)用的廣度和深度，目前的智能儀表還只是處于一個(gè)較低水平的初級(jí)智能化階段，但某些特殊工藝及應(yīng)用場合則對儀表的智能化提出了較高的要求。而當(dāng)前的智能化理論，如:神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、小波理論、混沌理論等已經(jīng)具備潛在的應(yīng)用基礎(chǔ)，這就意味著我們有必要也有能力結(jié)合具體的應(yīng)用需要下大氣力開發(fā)高級(jí)智能化的儀表技術(shù)。

（2）可靠性有待增強(qiáng)。儀表運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性是用戶首要關(guān)心的問題，智能儀表也不例外。隨著智能儀表技術(shù)的不斷拓展、新型的智能儀表也將陸續(xù)投放市場，準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、可靠性是工業(yè)現(xiàn)場儀表的三項(xiàng)重要指標(biāo)，三者是緊密聯(lián)系的，其中可靠性最為重要。沒有可靠性，準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性就無從談起。因此，可靠性是智能儀表整體設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，從用戶的角度看，它是產(chǎn)品質(zhì)量的體現(xiàn)；從設(shè)計(jì)者的角度看，它是產(chǎn)品軟、硬件設(shè)計(jì)水平的綜合表現(xiàn)。所以，可靠性一直是設(shè)計(jì)者追求的目標(biāo)。由于以單片機(jī)為核心的智能儀表步入工業(yè)現(xiàn)場，儀表行業(yè)發(fā)生了巨大變革，儀表的測量精度提高，功能加強(qiáng)，特別是智能儀表的通信能力，為現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（3）功能有待強(qiáng)化。目前工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用尚未將智能儀表的功能發(fā)揮最大化，而更多的只是應(yīng)用了其總體功能的半數(shù)左右。而這一應(yīng)用現(xiàn)狀的主要原因是，控制系統(tǒng)的總體架構(gòu)忽略了諸如現(xiàn)場總線的技術(shù)優(yōu)勢，這需要儀表廠商與用戶建立良好的合作伙伴關(guān)系，加強(qiáng)長期合作，以短期投資促長期效益，通過建立“智能儀表+現(xiàn)場總線”的控制系統(tǒng)架構(gòu)，確立優(yōu)化的投資觀念，達(dá)成和諧共贏的目標(biāo)。

[1]郭海峰.淺談CAN總線在智能儀表中的應(yīng)用[J].科技資訊，2010，（22）.

[2]薛鵬.智能儀表及控制裝置在發(fā)電廠中的應(yīng)用[J].新疆工業(yè)技術(shù)，20l0，（2）.