芻議現(xiàn)代控制儀表的研究現(xiàn)狀與特點

摘 要：隨著控制技術的發(fā)展，控制儀表也在不斷進步，由傳統(tǒng)的模擬控制發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)字控制、網(wǎng)絡控制，控制儀表的裝置已經發(fā)生了較大改變，對其發(fā)展情況進行研究，分析探討控制儀表發(fā)展特點，對于促進現(xiàn)代控制系統(tǒng)發(fā)展具有重要的參考意義。

關鍵詞：控制儀表；研究現(xiàn)狀；發(fā)展特點

過程控制技術在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中得到了廣泛應用，這門技術是推動工業(yè)自動化發(fā)展的重要技術，因而其設備和裝置發(fā)展也成為影響過程控制技術發(fā)展的重要因素，控制儀表作為控制系統(tǒng)應用中的關鍵設備，透過它技術人員能夠了解控制過程情況和相應生產過程工藝參數(shù)，因此有必要對控制儀表發(fā)展進行研究。

1 控制儀表發(fā)展現(xiàn)狀

控制儀表系統(tǒng)的發(fā)展是伴隨著控制技術發(fā)展進行的，主要經過了自力式儀表、基地式儀表、單元組合式儀表、集散式儀表等發(fā)展階段，而伴隨著科學技術的發(fā)展，現(xiàn)在廣為應用的是現(xiàn)場總線控制技術，將微處理裝置裝設到傳統(tǒng)控制儀表當中，使得控制儀表具有了現(xiàn)代通信能力，并通過現(xiàn)場總線技術將整個控制系統(tǒng)連成控制網(wǎng)絡結構，從而提升了控制儀表的自動化水平。而總線控制技術的發(fā)展是伴隨著現(xiàn)代經濟的發(fā)展出現(xiàn)的，是工業(yè)發(fā)展對生產技術的要求。

而根據(jù)控制儀表所用的能源裝置的不同，可以將控制儀表分為以下幾種類型，一類是氣動控制儀表，這類控制儀表是靠氣壓產生動力為維持儀表轉動的，其具有可靠性高和性能穩(wěn)定的特點，且由于氣動控制儀表的動力來源不受電磁場的干擾，因而具有防爆穩(wěn)定的優(yōu)點，在實際應用中多用于大型裝置設備的周圍以保證和維持大型裝置設備的正常運作，提高整個系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。所以即使在技術水平發(fā)展十分先進的今天，啟動控制儀表也還是有它存在的地位，對于維持控制系統(tǒng)運行正常具有重要作用；一類是液動控制儀表，其運作原理與氣動在本質上沒有太大區(qū)別，與氣動儀表一樣具有結構簡單、運行穩(wěn)定安全等優(yōu)點。但隨著遠程控制技術的日益發(fā)展，工業(yè)生產中的控制系統(tǒng)技術越來越復雜，基地式的氣動或液動控制儀表已經不能滿足控制技術發(fā)展的需求，這就推動了電動控制儀表的出現(xiàn)和發(fā)展。

電動控制儀表的動力主要來源于電力，所以與氣動和液動相比，其容易受電磁場的干擾影響，從而降低了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但隨著微電子技術的出現(xiàn)，電動控制儀表在運行穩(wěn)定性方面的問題也得到了解決，其穩(wěn)定性上升，使得電動控制儀表在控制系統(tǒng)中的應用越來越廣泛。從原理上來看，主要可以將電動控制儀表分為兩類，一類是模擬式電動控制儀表，另一類是數(shù)字式電動控制儀表。

2 現(xiàn)代控制儀表的發(fā)展特點

從上面的概述中可以看出，目前在控制系統(tǒng)中應用更為廣泛的是電動控制儀表，而隨著控制儀表技術的發(fā)展，電動控制儀表的發(fā)展特點主要有以下幾點：

一是數(shù)字模擬系統(tǒng)的出現(xiàn)，這一系統(tǒng)采用模擬信號實現(xiàn)控制室其他設備與控制儀表之間的通信，是電動控制儀表中模擬式系統(tǒng)和數(shù)字式系統(tǒng)的混合，在控制儀表之間進行信號處理的是數(shù)字信號，但輸入是還是采用模擬信號進行輸入，而在控制設備和計算機以及控制設備之間卻是使用數(shù)字技術，因而很多控制系統(tǒng)都將其劃分為數(shù)字式電動儀表一類當中，包括FCS系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)等等。隨著控制技術的發(fā)展，模擬電動控制儀表技術和數(shù)字電動控制儀表都在不斷向對方技術靠攏，像是模擬儀表中的DCS系統(tǒng)和數(shù)字儀表中的PLC系統(tǒng)，其所應用的技術都具有兩者兼有的影子。DCS系統(tǒng)已經具有較強的控制順序功能能，而PLC系統(tǒng)則在閉環(huán)控制的處理方面越來越突出，并且兩者在控制系統(tǒng)的應用范圍上也存在很大部分重合，因而在實際儀表控制系統(tǒng)的比較上，是將FCS和DCS進行比較。其中DCS系統(tǒng)主要是通信功能較為突出，其所具有的數(shù)據(jù)公路技術是實現(xiàn)控制儀表通信功能的關鍵，而數(shù)據(jù)公路技術也使得控制儀表的通信與其他系統(tǒng)技術相比，更加安全和靈活。數(shù)據(jù)公路主要是為控制系統(tǒng)中的部件提供通信網(wǎng)絡，以實現(xiàn)控制系統(tǒng)部件之間的通信，而在通信手段的應用上，則一般分為異步通信和同步通信，異步通信，顧名思義，兩者之間的通信并不是同時發(fā)生的，在時間上有先后之分。而同步通信則可借助時鐘信號來實現(xiàn)兩個部件之間的同步數(shù)據(jù)傳輸，提高了數(shù)據(jù)傳輸效率，因而在有條件的情況下，一般采用同步通信手段?？偠灾c模擬系統(tǒng)相比，數(shù)字通信系統(tǒng)能夠簡化儀表硬件結構，提高信號傳輸速度和精度，增加傳輸信息，因而數(shù)字模擬電動儀表是未來控制儀表的一個重要發(fā)展方向。

二是FCS系統(tǒng)的出現(xiàn)，上文所提到的FCS系統(tǒng)就是現(xiàn)場總線控制，現(xiàn)在對控制儀表系統(tǒng)的研究多是從DCS系統(tǒng)和現(xiàn)場總線控制入手，在上文中筆者已經介紹了DCS系統(tǒng)的特點，這里主要著重介紹一下現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，現(xiàn)場總線技術是上個世紀80年代出現(xiàn)的，是控制儀表技術發(fā)展的新階段?，F(xiàn)代現(xiàn)場總線控制是通過現(xiàn)場總線將控制室設備與現(xiàn)場智能控制儀表連接起來，形成一種全新的數(shù)字式、開放式和分散式的控制系統(tǒng)。與DCS系統(tǒng)不同的是，現(xiàn)場總線系統(tǒng)與控制室之間的連接只通過一個接線盒完成，而DCS系統(tǒng)則將現(xiàn)場總線分為兩部分，一部分連接控制儀表和接線盒，而另一部分連接接線盒和控制室，這樣實現(xiàn)控制儀表與控制室設備之間的間接連接，而現(xiàn)場總線控制則是將連接控制儀表的總線集中到一起，通過一個接線盒直接與控制室設備相連接，其所應用的通信信號還是模擬信號，這種方式無疑提高了控制儀表與設備之間的連接效率，有利于全系統(tǒng)數(shù)字化的實現(xiàn)。

3 控制儀表的發(fā)展趨勢

從目前控制儀表的發(fā)展狀況來看，控制儀表在未來主要可以向以下幾個方向進行發(fā)展：一是向小型化DCS系統(tǒng)發(fā)展，由于DCS系統(tǒng)的運行效果較好，擁有的功能較多，因而能夠適應各類工業(yè)生產控制的應用。但就目前來看，其應用價格比較高，為了降低控制系統(tǒng)成本，可以向小型化DCS系統(tǒng)方向發(fā)展，以降低DCS系統(tǒng)成本，擴展DCS系統(tǒng)儀表的應用范圍；二是向更為先進的控制軟件研發(fā)方面發(fā)展。為了擴展控制儀表的應用范圍和應用市場，研發(fā)控制儀表的企業(yè)可以多開發(fā)一些能夠與控制儀表相匹配應用的控制軟件，提高應用廠家的生產自動化控制技術，從而推動控制儀表的發(fā)展；三是向智能化或專家系統(tǒng)方向發(fā)展，隨著智能技術和專家系統(tǒng)的應用范圍的擴展，越來越多的生產控制都在向智能化方向發(fā)展，因而控制儀表也可以將智能技術和專家系統(tǒng)引進到控制儀表系統(tǒng)的研發(fā)當中，提高控制儀表的智能化水平，以求控制儀表能夠發(fā)展呈人機界面良好，能夠為控制人員提供專業(yè)意見的控制專家系統(tǒng)。

4 結束語

隨著自動化控制技術的發(fā)展，控制儀表設備也將向自動化、智能化方向繼續(xù)發(fā)展，控制儀表作為控制系統(tǒng)中的重要設備，其技術水平的發(fā)展對于推動控制自動化和智能化發(fā)展具有重要影響。因而技術人員在發(fā)展控制自動化技術的同時也要注意提高控制儀表的自動化、智能化水平，以滿足各類生產部門對生產自動化的需求，推動工業(yè)生產技術的發(fā)展。

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作者簡介：林王堅（1979-），男，浙江永康人，工程師，主要從事火電廠脫硫脫硝研究和工程設計工作。