工業(yè)儀表智能化技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析

【摘要】文章首先介紹工業(yè)儀表智能化技術(shù)的含義及特征，接著對現(xiàn)代工業(yè)儀表智能化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行闡述和分析，最后全面探討了工業(yè)儀表智能化技術(shù)的發(fā)展趨勢，對相關(guān)專業(yè)人員掌握及加強對智能儀表的專業(yè)知識有一定的現(xiàn)實意義。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)儀表;智能;發(fā)展現(xiàn)狀;趨勢

工業(yè)儀表智能化技術(shù)是集計算機應(yīng)用、自動控制、電子、自動化儀表等于一體的跨學(xué)科的專業(yè)技術(shù)。近年來，隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)的高速發(fā)展，智能儀表在工業(yè)領(lǐng)域大量普及，呈現(xiàn)出生命力極強的發(fā)展前景。

一、工業(yè)儀表智能化技術(shù)概述

工業(yè)儀表“智能化”主要是采用超大規(guī)模集成電路和微處理器技術(shù)，使用嵌入式軟件將“人工智能”、“專家控制”等理論方法和技術(shù)運用到儀表內(nèi)部操作中，以實現(xiàn)工業(yè)儀表自主完成某些測量任務(wù)，甚至在相關(guān)程序的指導(dǎo)下實施某個預(yù)定控制動作，能進(jìn)行較為復(fù)雜的計算和誤差修正的數(shù)據(jù)處理。整體來說，即使得工業(yè)儀表擁有自主適應(yīng)、自主學(xué)習(xí)、自主校正、自主協(xié)調(diào)、自主組織、自主修復(fù)等“擬人智能”的特性或功能。工業(yè)儀表智能化技術(shù)的應(yīng)用，不僅能完成輸入信號的非線性、壓力與溫度的補償、零點錯誤、故障診斷、量程刻度標(biāo)尺的變化等基本職能，還能在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)對工業(yè)過程的控制，不斷拓展擴散控制系統(tǒng)的功能。這種以電子數(shù)字顯示形式出現(xiàn)的智能產(chǎn)品，提升儀表性能的同時還能通過網(wǎng)絡(luò)組成新型的過程來控制系統(tǒng)，更有利于信息通信。智能儀表具有科學(xué)自動的操作體系，是一個專用的微型計算機系統(tǒng)。通常情況下，硬件和軟件共同構(gòu)成智能化儀表，其中信號的輸入通道、微控制器、標(biāo)準(zhǔn)通信接口、人機交換通道等構(gòu)成智能化儀表典型的硬件部分。而軟件部分則主要包括接口管理程序、監(jiān)控程序及數(shù)據(jù)處理程序三大部分。

工業(yè)儀表智能化技術(shù)所具有的特點如下：首先，開發(fā)性強，可靠性高。微處理器與智能儀表的有機結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)“硬件軟化”，使用軟件替代相關(guān)硬件來實現(xiàn)操作者想要的功能，需要對功能做出調(diào)整時，僅僅對程序做出適當(dāng)改變便可。這就在一定程度上減少了元器件，降低了故障發(fā)生率，大大促進(jìn)了儀表可靠性的提升。其次，性能好，精度高。其運算和邏輯判斷功能能夠有效的消除眾多因素引起的誤差，使得儀表的測量精度不斷提升。再次，具有友好的人機對話能力。通過鍵盤輸入命令能夠控制儀表的測量和處理功能。最后，具有可程控操作能力。GP -IB、RS232C、USB等通信接口的應(yīng)用，使儀表與計算機結(jié)合起來，進(jìn)而擁有可程控操作功能，便于完成更復(fù)雜的測試任務(wù)。

二、工業(yè)儀表智能化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

20實際90年代，儀表的智能化特征突出表現(xiàn)出來，主要是：儀表的設(shè)計方面受飛速發(fā)展的微電子技術(shù)影響而有所創(chuàng)新;在此階段問世的DSP芯片加強了儀表的數(shù)字信號處理功能;具有強大數(shù)據(jù)處理能力的微型機的發(fā)展，更是便利了工業(yè)儀表的應(yīng)用。此外大力增強和普及的圖像處理功能、得到廣泛應(yīng)用的VXI總線等都彰顯出這一時期儀表的智能化特征。

近年來，儀表的智能化檢測控制功能得到全面的發(fā)展，國內(nèi)生產(chǎn)和研究出越來越多的智能化測量監(jiān)控儀表，比如，智能節(jié)流式流量計，通過自動進(jìn)行差壓補償來實現(xiàn)流量的節(jié)省;在程序控溫方面有較大成就的智能多段溫度控制儀;在數(shù)字 PID和其他各項復(fù)雜控制規(guī)律上進(jìn)行調(diào)節(jié)的智能式調(diào)節(jié)器;智能色譜儀能夠?qū)崿F(xiàn)對各種譜圖的分析和數(shù)據(jù)處理等。而在國際上更是有眾多智能測量儀，比如產(chǎn)自美國HONEYWELL公司的DSTJ-3000 系列智能變送器、產(chǎn)自美國 RACA-DANA 公司的 9303 型超高電平表、產(chǎn)自美國 FLUKE 公司的超級多功能校準(zhǔn)器 5520A、產(chǎn)自美國 FOXBORO 公司的數(shù)字化自整定調(diào)節(jié)器等。上述智能儀表中，智能變送器能夠?qū)崿F(xiàn)差壓制狀態(tài)下的復(fù)合測量，自動補償變送器本體的溫度、靜壓等，具有精準(zhǔn)度高的特點。9303 型超高電平表能夠使用微處理器減弱甚至消除電阻中電流流經(jīng)時產(chǎn)生的一定量的熱噪聲。而超級多功能校準(zhǔn)器 5520A更是在內(nèi)部應(yīng)用了三個微處理器，具有強大的穩(wěn)定性及較完善的線性度。最后數(shù)字化自整定調(diào)節(jié)器巧妙的將專家系統(tǒng)技術(shù)運用到設(shè)計中，使得調(diào)節(jié)器能夠像經(jīng)驗豐富的控制工程師一樣隨著現(xiàn)場參數(shù)的變化自主整定調(diào)節(jié)器。

三、工業(yè)儀表智能化技術(shù)的發(fā)展趨勢

總的來說，與傳統(tǒng)儀表相比，工業(yè)儀表智能化技術(shù)推動者現(xiàn)代儀表向新的方向發(fā)展，尤其是隨著計算機和智能機器的發(fā)展，進(jìn)一步推動儀表呈現(xiàn)出虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化、人工智能化發(fā)展趨勢。

（一）虛擬儀表

一般來說，測量儀器的三大功能為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示，而在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示在一定程度上可以完全使用PC機上的軟件來替代，這也就是說，只要另外擁有相關(guān)數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)備，就能通過這些設(shè)備與PC機進(jìn)行聯(lián)合，共同組成全新的測量儀表。我們將這種基于PC機的測量儀器統(tǒng)稱為虛擬儀器。并且在虛擬儀器的使用過程中，針對相同的硬件系統(tǒng)，僅僅采取不同的軟件編程，就能享受到功能完全不一樣的測量儀表，以更好的完成測量。由此可見，虛擬儀器的核心便是其中完整的軟件系統(tǒng)，這便是另一個角度上將軟件視為儀器的現(xiàn)實依據(jù)。相對于傳統(tǒng)智能儀表中運用計算機技術(shù)的滲透特征，虛擬儀表強調(diào)在通用計算機的同時，采取措施更好的將儀器技術(shù)滲透到其中。軟件系統(tǒng)既身為虛擬儀器的核心，就需要它具有通用性、通俗性、可視性、可擴展性及升級性，以滿足為用戶謀取利益的基本要求，這就決定了虛擬儀表與傳統(tǒng)智能儀表相比更為前瞻的應(yīng)用前景和市場。

（二）網(wǎng)絡(luò)化

現(xiàn)階段，隨著網(wǎng)絡(luò)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展和快速進(jìn)步，工業(yè)控制和智能儀表系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域越來越多的滲透著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這些網(wǎng)絡(luò)技術(shù)自身含有的通訊功能能夠幫助智能儀表實現(xiàn)系統(tǒng)的構(gòu)建，并且能夠在一定程度上對新的、初設(shè)計完成的智能儀表系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程升級、系統(tǒng)維護(hù)及相關(guān)功能重置等方面的保障。比如，由LATTICE半導(dǎo)體公司提出的In System Programming（在系統(tǒng)編程技術(shù)，簡稱ISP），作為一種對軟件進(jìn)行修正、組態(tài)或者重組的最新技術(shù)，它能夠使人們在產(chǎn)品設(shè)計、制造、售后等每個階段都能組態(tài)或重組產(chǎn)品的器件、電板路甚至整個電子系統(tǒng)的邏輯和功能。相對于傳統(tǒng)技術(shù)中存在的一些限制和連接弊病，ISP運用先進(jìn)技術(shù)予以消除，以更好的進(jìn)行在板設(shè)計、制造和編程。此外，編程ISP不必像傳統(tǒng)儀表一樣需要專門的編程器及復(fù)雜的流程，這是因為ISP器件完全可以通過印刷電路板（PCB）進(jìn)行處理，也可以通過PC機、 INTERNET 遠(yuǎn)程網(wǎng)、嵌入式系統(tǒng)處理器等進(jìn)行編制。

（三）人工智能化

作為計算機應(yīng)用的一個全新的領(lǐng)域，人工智能旨在使用計算機來實現(xiàn)對某些人類所具有的獨特的智能進(jìn)行模擬，就目前來說，人工智能主要涉及醫(yī)療診斷、機器人、專家系統(tǒng)、推理證明等領(lǐng)域，并隨著計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，逐漸向智能儀表研究和應(yīng)用中滲透。智能儀表逐漸趨向人工智能化，其進(jìn)一步發(fā)展將會或多或少的帶有一定的人工智能，就是說人工智能使得儀表在視覺、聽覺、思維等方面擁有一定的能力，進(jìn)而替代人的一部分腦力工作。在這種情況下，即使沒人進(jìn)行干預(yù)，智能儀器也能自發(fā)自主的完成檢測或控制功能。更為重要的是，在現(xiàn)代儀表中滲透人工智能，能夠使人們在面對傳統(tǒng)方法解決不了的難題時，有新的思路和方法。

四、結(jié)語

伴隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)及測量控制技術(shù)等的不斷發(fā)展和彼此滲透，工業(yè)儀表智能化技術(shù)得到大量普及和發(fā)展，使得智能儀表極大的擴充了傳統(tǒng)儀表的應(yīng)用范圍，表現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景?？梢灶A(yù)見，不久的將來，社會各個領(lǐng)域都將迅速普及各種功能的智能儀表。

參考文獻(xiàn)

[1]祁少寧.工業(yè)自動化儀表的智能化分析[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014，（6）.

[2]朱文龍.我國智能儀器儀表的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J].黑龍江科技信息，2011，（1）.

[3]張震.我國自動化儀器儀表的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢綜述[J].電子制作，2013，（3）.

[4]王平.淺探智能儀器及其發(fā)展趨勢[J].硅谷，2010，（2）.

[5]隋洪敏.自動化儀器儀表的發(fā)展方向探討[J].硅谷，2013，（3）.

作者簡介：

楊少明（1985—），男，山東煙臺人，鄭州大學(xué)碩士研究生，惠生工程（中國）有限公司設(shè)計中心工程師，主要研究方向：工業(yè)儀表。

王永瑞（1987—），男，河北唐山人，鄭州大學(xué)碩士研究生，惠生工程（中國）有限公司設(shè)計中心工程師，主要研究方向：工業(yè)供電。