淺談工業(yè)儀表與裝置智能化網(wǎng)絡(luò)化

【摘 要】本文系統(tǒng)而客觀地總結(jié)了工業(yè)儀器儀表智能化網(wǎng)絡(luò)化的含義與特征，分析了未來工業(yè)儀器儀表的發(fā)展方向和現(xiàn)今仍存在的問題。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)儀器儀表；智能化的含義及特征；嵌入式儀表

人類之所以與動(dòng)物相區(qū)別，就是因?yàn)槿祟惗檬褂霉ぞ卟⒅圃旃ぞ?。人類從懵懂開始就制造工具以謀生，繁衍至今世界已然被人類改變。然而今隨著現(xiàn)在社會(huì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們?cè)诠I(yè)發(fā)展過程中對(duì)工具的認(rèn)識(shí)有了新的變化。各種儀器儀表走進(jìn)了人們的生活，帶來了前所未有的變化，人們對(duì)儀器儀表的更新也產(chǎn)生了新的概念和觀點(diǎn)。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，自動(dòng)化儀表在數(shù)字化領(lǐng)域的發(fā)展迅速，正引領(lǐng)工業(yè)儀表與裝置大跨步進(jìn)入智能化和網(wǎng)絡(luò)化的高新時(shí)代。

一、關(guān)于工業(yè)儀表的智能化

1、工業(yè)儀表智能化的含義

有專家預(yù)測，21世紀(jì)的熱點(diǎn)將是智能與網(wǎng)絡(luò)通信。眾所周知，在信息時(shí)代若想開展工業(yè)活動(dòng)，科研活動(dòng)，其基礎(chǔ)便是必須依靠精準(zhǔn)的儀器儀表來獲取準(zhǔn)確可靠的信息。作為工業(yè)時(shí)代不可或缺的工具和科技信息時(shí)代的尖兵，儀器儀表不僅是信息的來源，還要用來計(jì)算處理信息，是工業(yè)能源的左膀右臂。儀器儀表的智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展已經(jīng)成為未來工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

智能化是工業(yè)儀表與裝置發(fā)展的主要?jiǎng)酉?。而?duì)于什么是智能化，中國人工智能學(xué)會(huì)理事長涂序彥教授曾這樣論述：“智能化”絕非“電腦化”，二者不是同一個(gè)概念?！爸悄芑睉?yīng)該有如下兩方面含義：

（1）利用“人工智能”的技術(shù)處理數(shù)據(jù)；（2）具備“擬人智能”的特性或功能，例如自適應(yīng)，自學(xué)習(xí)，自校正，自診斷，自修復(fù)等。

由此可得到關(guān)于智能化的定義：是“采用人工智能理論、方法、技術(shù)”并具有某種擬人智能特性和功能。

2、關(guān)于智能化的特征

智能化簡而言之就是以微計(jì)算機(jī)為處理器，用CPU芯片處理變成處理軟件，采用新技術(shù)進(jìn)行聯(lián)想，學(xué)習(xí)，推理。工業(yè)儀表與工具智能化應(yīng)該具有以下特征：

（1）能獨(dú)自完成或在程序指導(dǎo)下完成信息的數(shù)字化測量；（2）具有進(jìn)行各種復(fù)雜計(jì)算和修正錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，即“自校正”和“自修復(fù)”的能力；（3）具有自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)，自診斷功能；（4）組成一個(gè)少量集中的，加強(qiáng)與人互動(dòng)的復(fù)雜系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能組件與調(diào)度系統(tǒng)的互動(dòng)，并進(jìn)行靈活的改進(jìn)和擴(kuò)展

二、智能檢測儀表和執(zhí)行器及研究成果

1、現(xiàn)代儀表執(zhí)行器科學(xué)技術(shù)的發(fā)展存在著許多關(guān)鍵的技術(shù)

（1）傳感技術(shù)：傳感技術(shù)是執(zhí)行器運(yùn)行的基礎(chǔ)技術(shù)，通過控制信息精度和信息狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)于最終效果的掌控。

（2）智能控制技術(shù)：這是執(zhí)行器與人類最接近的方式。利用一部分腦力，自行進(jìn)行儀表的監(jiān)控和信息管理。智能控制技術(shù)是整個(gè)執(zhí)行系統(tǒng)中最重要和最關(guān)鍵的軟件資源，其中包括仿人特征提取技術(shù)、目標(biāo)自動(dòng)辨識(shí)技術(shù)、知識(shí)自學(xué)技術(shù)、環(huán)境適應(yīng)技術(shù)以及最佳決策技術(shù)等。

（3）人機(jī)界面技術(shù)：智能化的含義是利用一部分智能而非全部，因此需要有一個(gè)界面供儀表與人進(jìn)行交流。儀表界面技術(shù)主要為方便操作人員或配有執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主設(shè)備的操作人員服務(wù)。這項(xiàng)技術(shù)是人獲取信息的主要渠道，是認(rèn)識(shí)世界改造世界的直接操作工具。

（4）可靠性技術(shù)：隨著現(xiàn)代工業(yè)中儀表應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，可靠性技術(shù)在大型工業(yè)技術(shù)中的作用越來越大，尤其在軍事，航空航天，電力水利以及核工業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域。這些領(lǐng)域是一個(gè)國家的命脈，如果遭到破壞，可能會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。因此，裝置的可靠性極其重要。

三、國際國內(nèi)的研究成果

近年來，國際國內(nèi)智能化工業(yè)儀表發(fā)展尤為迅猛。國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)擁有自動(dòng)化領(lǐng)域的代表性高科技產(chǎn)品，如上海的XDPS-400分散型控制系統(tǒng)，能夠自動(dòng)進(jìn)行差壓補(bǔ)償?shù)闹悄芄?jié)流式流量計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)熟悉PID和各種復(fù)雜控制規(guī)律的智能調(diào)節(jié)器，以及能夠?qū)Ω鞣N譜圖進(jìn)行分析和數(shù)據(jù)處理的智能色譜儀等。

現(xiàn)如今國際上智能儀表的新品種更是種類繁多，最受關(guān)注的就是嵌入式儀表。嵌入式的亮點(diǎn)就在于注重發(fā)展一起的網(wǎng)絡(luò)化。儀表嵌入式Internet技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中是應(yīng)用于設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，在DevicetoDevice時(shí)代，將只能下移到設(shè)備中，是大量的嵌入式設(shè)備連接到Internet。新一代的智能儀表--IP智能現(xiàn)場儀表就是采用嵌入式web服務(wù)技術(shù)，并采用以太標(biāo)準(zhǔn)接口，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場設(shè)備和Internet的直接連接。目前，惠普公司生產(chǎn)的嵌入式以太網(wǎng)控制器具有10-baseT以太接口，應(yīng)用于傳感器、驅(qū)動(dòng)器等現(xiàn)場設(shè)備。國內(nèi)的東大阿爾派公司為自己的CP產(chǎn)品開發(fā)了遠(yuǎn)程維修診斷系統(tǒng)這個(gè)系統(tǒng)貫穿于網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)層次，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的辦公自動(dòng)化與工業(yè)自動(dòng)化的無縫結(jié)合，他的擴(kuò)展性良好具有全開放的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，是在應(yīng)用上一個(gè)真正意義上的大統(tǒng)一，它的應(yīng)用將越來越廣泛，將成為工業(yè)生產(chǎn)中各種各儀表在網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程中的必然趨勢(shì)。

四、工業(yè)儀表智能化和網(wǎng)絡(luò)化的優(yōu)勢(shì)及趨勢(shì)

現(xiàn)代工業(yè)儀表集使用方便，智能分析，遠(yuǎn)距離傳輸，即使保存，及時(shí)備份，信息共享，保密性好，可靠性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)于一身，因而現(xiàn)代儀表取代了過去儀表。對(duì)于信息時(shí)代科技發(fā)展的需要，儀表的智能化與網(wǎng)絡(luò)化已成趨勢(shì)。

（1）微型化。微型儀表是指體積小，功能齊全，應(yīng)用微電子等技術(shù)的智能儀器，能夠完成信號(hào)的采集，數(shù)據(jù)處理，與其他一起接口，與人的交互等功能。

（2）多功能化。多功能本身就是智能儀表的一個(gè)特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的數(shù)字燈系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛，用來處理各種復(fù)雜函數(shù)，而且在測試功能上提供了較好的方案。

（3）融合ISP和EMIT技術(shù)，實(shí)現(xiàn)儀器儀表的網(wǎng)絡(luò)化。伴隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正在逐步向工業(yè)儀表控制和設(shè)計(jì)系統(tǒng)滲透，實(shí)現(xiàn)智能儀器儀表系統(tǒng)基于Internet的通訊能力以及對(duì)設(shè)計(jì)好的智能儀器儀表系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程升級(jí)，功能重置和系統(tǒng)維護(hù)。

（4）虛擬儀器儀表是智能儀器發(fā)展的新階段。傳統(tǒng)儀器儀表在儀表技術(shù)中運(yùn)用了某種計(jì)算機(jī)技術(shù)，而虛擬儀器儀表則強(qiáng)調(diào)在通用計(jì)算機(jī)技術(shù)中吸收儀器技術(shù)。作為虛擬儀器儀表核心的軟件系統(tǒng)具有通用性，通俗性，可視性，可擴(kuò)展性和升級(jí)性，因此具有傳統(tǒng)的智能儀器儀表所無法比擬的前景。

五、工業(yè)儀表智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展中存在的問題

盡管如今的儀表已具備了多種功能，然而要適應(yīng)人類需求和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步仍有很大的提升空間，仍然存在諸多問題。大型智能化網(wǎng)絡(luò)化的儀表儀器體積仍然較大，搬運(yùn)困難，在有些場合不適用；故障產(chǎn)生的頻率不固定，一旦出現(xiàn)故障，維修檢查時(shí)技術(shù)要求較高，危險(xiǎn)較大；大型儀器功耗較大，費(fèi)用較高；在與網(wǎng)絡(luò)連接過程中存在某些連接限制和技術(shù)局限，這是阻擋儀表智能化進(jìn)程的最大障礙。

六、結(jié)束語

工業(yè)儀表的智能化和網(wǎng)絡(luò)化是未來工業(yè)的發(fā)展方向，是衡量工業(yè)發(fā)展程度的重要途徑，是衡量科技發(fā)達(dá)程度的全新標(biāo)準(zhǔn)。國家對(duì)工業(yè)儀表的發(fā)展也是相當(dāng)重視，2011年的中央一號(hào)文件以及全國各大省市地區(qū)均為我國智能儀表行業(yè)采取了政策東風(fēng)，這將為我國智能儀表行業(yè)的進(jìn)步推行了有力的階梯，會(huì)使中國在世界智能儀表市場中扮演重要的角色。毫無疑問，工業(yè)儀表智能化的時(shí)代已經(jīng)來臨，可以預(yù)料，各種工功能的智能儀表在不遠(yuǎn)的將來一定會(huì)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)發(fā)展以及社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

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