儀表自動(dòng)化應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)探討

【摘 要】作為電氣工程自動(dòng)化的分支之一的儀表自動(dòng)化，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，儀表自動(dòng)化的水平不斷提高，并且在社會(huì)生產(chǎn)生活中，得到了廣泛應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】?jī)x表自動(dòng)化；應(yīng)用；發(fā)展

作為電氣工程自動(dòng)化控制分支之一的儀表自動(dòng)化，具有特殊性和重要性。第一，作為電氣系統(tǒng)測(cè)量以及顯示的重要儀器——儀表，是進(jìn)行信息采集的重要工具之一。第二，只有做到對(duì)生產(chǎn)過程實(shí)施全過程監(jiān)控，才可以保證工業(yè)設(shè)備的正常運(yùn)行。第三，自動(dòng)化儀表可以自動(dòng)完成測(cè)量工作，并且記錄數(shù)據(jù)，控制設(shè)備，無需人員操作。自動(dòng)化儀表的測(cè)量結(jié)果精確、顯示清晰、操作簡(jiǎn)單、人為誤差小等優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛。

一、儀表自動(dòng)化的發(fā)展歷程

儀表自動(dòng)化的發(fā)展歷程是伴隨著科技發(fā)展而產(chǎn)生的，其發(fā)展離不開科技的進(jìn)步，同時(shí)與計(jì)算機(jī)的發(fā)展緊密結(jié)合。在20世紀(jì)40年代，化工儀表自動(dòng)化問世，其特點(diǎn)是體積大、精度低，主要作用是記錄一些人工無法觀測(cè)的數(shù)據(jù)例如：氣壓、溫度等。在20世紀(jì)60年代，隨著集成電路的發(fā)展，自動(dòng)化儀表的發(fā)展方向?yàn)樾◇w積、高性能、運(yùn)算速度高、精度提高。同時(shí)由于第一臺(tái)計(jì)算機(jī)的面世，實(shí)現(xiàn)了采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理各種自動(dòng)化方案。隨著新技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用，提高了成產(chǎn)量。20世紀(jì)70年代早期，由于科技革命，儀表自動(dòng)化迅速發(fā)展，提高了生產(chǎn)功能。20世紀(jì)80年代至今，儀表自動(dòng)化的發(fā)展方向是大規(guī)模集成化，模塊化、專業(yè)化。

二、自動(dòng)化儀表的測(cè)試分類

在人們生活生產(chǎn)的方方面面，儀表發(fā)揮著重要作用，儀表分類的依據(jù)是需要測(cè)量的數(shù)據(jù)類型。（1）壓力儀表。壓力表是最早使用的壓力儀表，其工作原理是通過導(dǎo)壓管道連接壓力計(jì)，觀察生產(chǎn)過程各階段的壓力變化情況。壓力表分為壓力傳感器、壓力變送器和特種壓力儀等。在壓力表方面，儀表自動(dòng)化的作用原理是壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過壓力變送器或者位移平衡式調(diào)節(jié)器把采樣信號(hào)送到DCS或控制芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。保證在生產(chǎn)的全過程進(jìn)行觀測(cè)，保證壓力不僅可以保證生產(chǎn)同時(shí)可以不損壞設(shè)備，保證工作人員的安全。在某些大型冶金單位的工序的作用的連續(xù)性強(qiáng)，此時(shí)面臨著現(xiàn)場(chǎng)的壓力儀表已經(jīng)到了檢定時(shí)間，但是卻不可以停止作業(yè)造成的該項(xiàng)作業(yè)無法完成的困境，自動(dòng)化的檢測(cè)儀表的優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)的淋漓盡致。（2）溫度儀表。在生產(chǎn)中，溫度是生產(chǎn)的條件之一，因此，在生產(chǎn)中應(yīng)該對(duì)溫度進(jìn)行控制。最早使用的溫度儀表是熱電阻、熱電偶，隨著科技的進(jìn)步，目前使用的溫度儀表是高集成度智能溫控系統(tǒng)，通過總線技術(shù)，分析處理輸入到電腦控制芯片的熱電阻、熱電隅或其它采溫設(shè)備的信號(hào)。（3）物位儀表。物位儀表的作用是測(cè)量原料或產(chǎn)品的液面位置，測(cè)試輸油管道中的液面位置，測(cè)量距離等。（4）流量流速儀表。物流儀表的功能是測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)有效截面的流體質(zhì)量或體積是流速；進(jìn)行管道里的流體流過的累計(jì)體積或質(zhì)量測(cè)量。

三、儀表自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)

儀表的發(fā)展方向是大規(guī)模集成化、專業(yè)化與模塊化發(fā)展。儀表自動(dòng)化的前提是現(xiàn)代化儀表改成為自動(dòng)化集成系統(tǒng)，其主要任務(wù)是數(shù)據(jù)的測(cè)量采集、處理、執(zhí)行。（1）傳統(tǒng)的DCS逐漸由現(xiàn)代化的DCS代替。傳統(tǒng)的DCS逐漸由現(xiàn)代化的DCS所取代，是因?yàn)殡S著計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的大幅度發(fā)展和提高，以及現(xiàn)代化企業(yè)管理水平的大幅提高，導(dǎo)致傳統(tǒng)的DCS遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代企業(yè)信息迅速增加的需求，因此，傳統(tǒng)的DCS逐漸退出歷史的舞臺(tái)。儀表自動(dòng)化的應(yīng)用的發(fā)展方向是大系統(tǒng)綜合自動(dòng)化，企業(yè)高效經(jīng)營(yíng)管理，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)控制自動(dòng)化的工具之一是計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)控制，與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)還可以將生產(chǎn)過程控制、通信網(wǎng)絡(luò)及信息管理融為一體，共享企業(yè)中的測(cè)量、控制預(yù)算管理數(shù)據(jù)，切實(shí)實(shí)現(xiàn)集成化以及一體化在過程控制、決策、優(yōu)化與管理中，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本降低、能源消耗降低、生產(chǎn)效率提高，企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力提高的目標(biāo)，保證企業(yè)使用日益變化的市場(chǎng)。（2）廣泛應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線及現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。通信總線的作用是連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與自動(dòng)化系統(tǒng)的全數(shù)字化、開放式線路，現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)是多分支結(jié)構(gòu)，同時(shí)可以串行且雙向通信，將數(shù)字通信技術(shù)與儀表直接關(guān)聯(lián)。這樣就可以將中央DCS系統(tǒng)的大部分控制功能傳給現(xiàn)場(chǎng)的智能儀表，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，亦可稱為FCS。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)為：實(shí)現(xiàn)測(cè)量和控制的一體化，分散控制切實(shí)可行，整體控制系統(tǒng)的可靠性大幅度提高，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)得到提高。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)總線及現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的應(yīng)用使得生產(chǎn)成品減低，儀表智能化、控制功能分散化以及控制系統(tǒng)的開放化得到大力的發(fā)展，這種發(fā)展模式是滿足工業(yè)控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。（3）控制軟件的發(fā)展方向標(biāo)準(zhǔn)化、工程化和商品化。由先進(jìn)的現(xiàn)代化控制理論指導(dǎo)的控制軟件的開發(fā)伴隨著計(jì)算機(jī)控制體系應(yīng)用的高速發(fā)展而發(fā)展，并且取得了重大成效。先進(jìn)的控制軟件隨著先進(jìn)的控制技術(shù)以及控制理論的引入，逐漸發(fā)展成為標(biāo)準(zhǔn)化、工程化以及商品化的集成體，使得儀表自動(dòng)化的發(fā)展越來越穩(wěn)定、可靠、安全，這是由先進(jìn)控制軟件具有諸多優(yōu)點(diǎn)決定的，其優(yōu)點(diǎn)具體表現(xiàn)為控制系統(tǒng)的控制能力大幅度提高，由系統(tǒng)自身的非線性、時(shí)變性、不穩(wěn)定性以及外部擾動(dòng)的隨機(jī)性和不可檢測(cè)性等帶來各種問題以及故障得到完善。

四、儀表自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)的應(yīng)對(duì)措施

（1）傳感器的應(yīng)用。儀表中采集數(shù)據(jù)的單元式傳感器，是儀表的重要組成部分，自動(dòng)化的發(fā)展方向由傳感器的發(fā)展引領(lǐng)，傳感器的發(fā)展與儀表自動(dòng)化的發(fā)展方向有直接關(guān)系。隨著科技的發(fā)展，傳感器的發(fā)展方向是高度集成化、新技術(shù)高度集中。新技術(shù)包括激光技術(shù)，光控技術(shù)，核磁共振技術(shù)等，以及非線性，前饋和滯后等技術(shù)等在傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)規(guī)律中的應(yīng)用，滿足自動(dòng)化儀表的要求。新材料的發(fā)展為傳感器的材質(zhì)選擇提供了眾多選擇。為儀表的集成化、微型化提供了物質(zhì)條件。例如：選用以硅為主體的半導(dǎo)體材料制造的光熱探測(cè)器的靈敏度以及精度都很高。（2）可編程控制器的應(yīng)用。通常我們通過分析傳感器收集到的數(shù)據(jù)，然后根據(jù)設(shè)定的程序發(fā)出控制命令，稱之為可編程控制器，即PLC。在儀表自動(dòng)化中，可編程控制器的應(yīng)用表現(xiàn)為微處理器的應(yīng)用，即硬件中的邏輯電路由軟件代替，軟件編程控制復(fù)雜電路的復(fù)雜功能代替硬件中控制和定時(shí)用的大套電路，達(dá)到簡(jiǎn)化硬件電路結(jié)構(gòu)的目的，同時(shí)使得儀表逐漸集成化、體積小。另外，由于可編程控制器的程序具有可擦寫功能使得儀表自動(dòng)化的功能多樣化；同時(shí)還可以通過軟件改變儀表的測(cè)試功能以及數(shù)據(jù)的精度。（3）調(diào)節(jié)器的運(yùn)用。調(diào)節(jié)器的發(fā)展方向是智能化。早在八十年代初期，伴隨著微處理器的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，作為儀表自動(dòng)化一部分的調(diào)節(jié)器的發(fā)展方向變?yōu)橹悄苄蛿?shù)字式，儀表自動(dòng)化中調(diào)節(jié)器的功能性大幅度提高的原因包括數(shù)字式的設(shè)定及其運(yùn)算功能的加強(qiáng)，可同時(shí)輸入多種制式信號(hào)，PID自整定，EEPROM技術(shù)的運(yùn)用等，同時(shí)伴隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，在調(diào)節(jié)器中廣泛應(yīng)用遙控和遙測(cè)技術(shù)，使得工業(yè)生產(chǎn)中的可控性提高，同時(shí)便于操作。

五、小結(jié)

伴隨著科技水平的進(jìn)步，科技革新，我國(guó)工業(yè)儀表自動(dòng)化在應(yīng)用上大幅度提高，同時(shí)儀表自動(dòng)化的應(yīng)用也為我們帶來了重大的經(jīng)濟(jì)效益。但是相對(duì)于國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)水平，我國(guó)的儀表自動(dòng)化水平還是相對(duì)落后的，所以，我們應(yīng)該學(xué)習(xí)外國(guó)的先進(jìn)的技術(shù)和理論，不斷提高，并且根據(jù)我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的具體情況，不斷提高儀表自動(dòng)化，為儀表自動(dòng)化的發(fā)展提供更廣泛的領(lǐng)域。

參 考 文 獻(xiàn)

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