儀表自動化的應用及發(fā)展趨勢研究

李衛(wèi)國

摘要：隨著我國工業(yè)化水平的不斷提高，化工儀表自動化越來越受關(guān)注，化工自動化儀表應用越來越廣泛。本文闡述了儀表自動化的應用及發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：自動化儀表；應用；發(fā)展

一、自動化儀表控制系統(tǒng)的介紹

自動化儀表控制系統(tǒng)是設備的神經(jīng)中樞，起到了監(jiān)測設備正常運轉(zhuǎn)的作用，也能夠為調(diào)整設備的主要參數(shù)作出參考。 一般來說，自動化儀表是由若干自動化元件構(gòu)成的，具有較完善功能的自動化技術(shù)工具。它一般同時具有數(shù)種功能，如測量、顯示、記錄、控制、報警等。自動化儀表主要分為：流量儀表、溫度儀表、壓力儀表、校驗儀表的熱工儀表、壓力儀表、標準校驗儀表、數(shù)控儀表、流量儀表廣泛使用在石油、化工、電力、冶金、科研以及國防等行業(yè) 的自動化控制過程中。自動化儀表控制系統(tǒng)是自動化系統(tǒng)的一部分，自動化儀表主要起到了信息轉(zhuǎn)換的功能，能夠?qū)⑤斎胄盘栟D(zhuǎn)換成輸出信號。信號可以按時間域或頻率域表達，信號的傳輸則可調(diào)制成連續(xù)的模擬量或斷續(xù)的數(shù)字量形式。

二、自動化儀表的發(fā)展特點

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和進步， 自動化儀表也取得了巨大的進步，儀器儀表在實現(xiàn)過程自動化、測量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理及系統(tǒng)控 制等多方面取得進展。

進入新世紀以來 ，一些高準確度、高性能 、多功能的測量儀器都開始嵌入微處理器。儀表實現(xiàn)了智能化、網(wǎng)絡化、總線化與開放 性我國的自動化儀表取得了巨大的進步，雖然總體與國外先進技術(shù)上有一定的差異，但是在一些領(lǐng)域也取得國際領(lǐng)先水平。在工業(yè)自動化儀表方面， 近年來溫度儀表的重要進展主要體現(xiàn)在紅外熱像儀的應用迅速擴大。國產(chǎn)低端壓力變送器和帶熱功能的壓力變送器近年來也發(fā)展很快，品種多、規(guī)格全、價格低，在市場上已經(jīng)很具競爭力。控制閥行業(yè)近年來的進展是顯著的，產(chǎn)品"跑冒滴漏"現(xiàn) 象得到很大改進，不少產(chǎn)品質(zhì)量達到國外主流產(chǎn)品水平。在控制系統(tǒng)方面，進展令人鼓舞。

三、自動化儀表控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

科學技術(shù)的進步不斷對儀器儀表提出更高更新的要求。自動化儀表技術(shù)也取得了不斷的進步。儀器儀表的發(fā)展趨勢是不斷利用新的技術(shù)水平和采用新材料及新的元器件。自動化儀表技術(shù)包括信息采集、處理和應用。“企業(yè)信息化”實際上是企業(yè)信息的集成和整合。為此，必須用自動化和系統(tǒng)的信息模型“簡化”、“規(guī)則”和“抽象”信息，以便最有效地利用信息。這是自動化儀表領(lǐng)域的一項基礎工作，也是統(tǒng)一信息表達的重要手段。

近10年自動化儀表技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域——現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展雖然取得了顯著成就，但是在應用方面大體上還處在替代模擬傳輸線的階段。實際上現(xiàn)場總線不僅僅是信號制式的改變，它是為控制技術(shù)的信息化提供基礎的。用戶對系統(tǒng)底層信息化（控制、診斷、管理）改造的需求是現(xiàn)場總線技術(shù)推廣的原始動力。近些年來現(xiàn)場總線在設備資產(chǎn)管理、預測診斷和平穩(wěn)操作等方面的潛力開始被挖掘出來，顯現(xiàn)了極富發(fā)展前景的勢頭。

但是基于現(xiàn)場總線技術(shù)的網(wǎng)絡化控制和分布式只智能技術(shù)，到目前無論在理論上還是在實踐上都未出現(xiàn)顯著突破：而現(xiàn)場總線的速度瓶頸是的在復雜控制和快速響應方面有時還不如傳統(tǒng)儀表：持續(xù)多年的現(xiàn)場總線之爭至今在制造商中沒有贏家，又使用戶普通感覺厭倦，極大地消耗了各企業(yè)發(fā)展的資源。

國際上反映自動化儀表產(chǎn)品動向的幾個重要窗口：以ISA EXPO、Miconix等為代表的國際儀表展覽，以Readers Choice Award（讀者選擇獎）為代表的獎項。從近3年的讀者選擇獎看，獲獎產(chǎn)品變化不多。自動化儀表今年發(fā)展的重點在儀表的應用方面。

這種發(fā)展趨勢的變化是很自然的，數(shù)字化、智能化儀表和系統(tǒng)經(jīng)過近10年的告訴發(fā)展，在應用方面積累了一些問題，智能儀表設計的許多創(chuàng)新功能也未得到充分的應用。主要問題有以下幾點。

（1）數(shù)字儀表和系統(tǒng)的信息保密和安全問題

（2）微程序和軟件的可靠性問題。

（3）通信的保密、安全和可靠性問題。

（4）智能儀表在運行時是可以與控制系統(tǒng)互動的以及如何進行互動。

（5）智能儀表提供了遠比模擬儀表多的信息以及如何充分利用這些信息。

（6）眾多智能儀表的可互操作問題。

（7）儀表和系統(tǒng)的故障診斷以及故障診斷信息的可互操作問題等。

上述問題都是由于數(shù)字化和網(wǎng)絡化而產(chǎn)生的，并不是現(xiàn)有技術(shù)無法解決這些問題，只是可選的解決方案太多，而統(tǒng)一的解決方案才是最有效的。而如何統(tǒng)一是當前正在研究的。

1、分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

DCS 是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫 （DistributedControlSys-tem），在國內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。即所謂的分布式控制系統(tǒng)，或在有些資料中稱之為集散系統(tǒng)，是相對于集中式控制系統(tǒng)而言的一種新型計算機控制系統(tǒng)， 它是在集中式控制系統(tǒng)的基礎上發(fā)展、演變而來的。它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡為 紐帶的多級計算機系統(tǒng) ，綜合了計算機 ，通信 、顯示和控制等 4C 技術(shù) ，其基本思想是分散控制 、集中操作 、分級管理、配置靈活以及組態(tài)方便。 國產(chǎn) DCS 系統(tǒng)已經(jīng)進入大型超臨界火電機組控制系統(tǒng)。

2、開放性控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

現(xiàn)在的測控儀器越來越多采用以 windows/CELinuxVxWorks 等嵌入式操作系統(tǒng)為系統(tǒng)軟件核心和高性能微處理為硬件系統(tǒng)核心的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，未來的儀器儀表和計算機的聯(lián)系也將會日趨緊密 ，Agilent 公 司 表 示 儀 器 儀 表 設 備 上 應 當 具 備 計 算 機 的所有接口，如 UBS 接口打印機接口局域網(wǎng)網(wǎng)絡接口等，測量的數(shù)據(jù)也應通 過 UBS 接口存儲在可移動存儲設備中，使用這樣的儀器儀表設備和操作一臺簡易電腦簡直是如出一轍齊備的接口可連接多種現(xiàn)場測控儀表或執(zhí)行器設備，在過程控制系統(tǒng)主機的支持下，通過網(wǎng)絡 形成具有特定功能的測控系統(tǒng)，實現(xiàn)了多種智能化現(xiàn)場測控設備的開放式互連系統(tǒng)

3、網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

現(xiàn)場總線技術(shù)采用計算機數(shù)字化通信技術(shù)，使自動控制系統(tǒng)與現(xiàn)場設備加入工廠信息網(wǎng)絡，成為企業(yè)信息網(wǎng)絡底層，可使智能 儀表的作用得以充分發(fā)揮隨著工業(yè)信息網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展， 有可能不久將會出現(xiàn)以網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)體系為主要特征的新型自動化儀表 ，即 IP 智能現(xiàn)場儀表， 如基于嵌入式 Internet 的控制網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)，其 特點是：首先 Ethernet 貫穿于網(wǎng)絡的各個層次 ，它使網(wǎng)絡成為透明的，覆蓋整個企業(yè)范圍的應用實體它實現(xiàn)了真正意義上人辦公自 動化與工業(yè)自動化的無縫結(jié)合， 因而我們稱它為扁平化的工業(yè)控 制網(wǎng)絡其良好的互連性和可擴展性使之成為一種真正意義上的全 開放的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)，一種真正意義上的大統(tǒng)一。

現(xiàn)代自動化儀表的智能化技術(shù)不但改變了儀表本身的性能 ，還影響到了控制網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)，它不再是功能單一的同定結(jié)構(gòu)， 其適應性越來越強，功能也越來越豐富相信新一代的智能化儀器 儀表將在計算機網(wǎng)絡技術(shù)支持下在各行各業(yè)得到越來越廣泛的應用

參考文獻：

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