自動(dòng)化儀表新興技術(shù)的應(yīng)用研究

蘇佳妮

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展自動(dòng)化儀表也隨著朝著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展，本文分別從智能化技術(shù)、通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、新型元件技術(shù)三個(gè)方面分析了自動(dòng)化儀表新技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，對新興自動(dòng)化儀表技術(shù)有一定的推廣作用，也為相似的工程實(shí)踐提供了參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：智能化；通訊；新型；自動(dòng)化儀表

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.227

0 引言

近年來智能技術(shù)、通信技術(shù)、電子技術(shù)得到了飛速發(fā)展，這些新技術(shù)的發(fā)展使傳統(tǒng)的自動(dòng)化儀表行業(yè)受到較為廣泛的影響。在眾多新興技術(shù)中智能化、網(wǎng)絡(luò)化、新型元件對自動(dòng)化儀表行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了較為重要的影響，本文以此三方面影響為基礎(chǔ)，介紹了新興技術(shù)對自動(dòng)化儀表行業(yè)的影響以及在自動(dòng)化儀表行業(yè)的應(yīng)用。

1 智能化技術(shù)

智能化技術(shù)對自動(dòng)化儀表的影響可從兩方面分析，首先工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的自動(dòng)化儀表增加大量的執(zhí)行器、傳感器和數(shù)字化通信接口，大大提高數(shù)據(jù)的安全性和可靠性；另外嵌入式技術(shù)將微型芯片技術(shù)嵌入到自動(dòng)化儀表中，使自動(dòng)化儀表的處理能力得到較大改觀。

隨著智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，以Intel的80X86系列、Motorola的68000系列、8051內(nèi)核系列為代表的傳統(tǒng)自動(dòng)化儀表處理器逐步被32位RISC處理器所代替，32位RISC處理器具有低功耗、高性能等優(yōu)點(diǎn)，可以較好的迎合現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)對自動(dòng)化儀表的要求。嵌入式操作系統(tǒng)具有代碼少、硬實(shí)時(shí)、搶先多任務(wù)等功能，并能夠使網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、圖形得到擴(kuò)展。因此采用嵌入式操作系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)將越來越復(fù)雜的程序得到合理安排，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)難度。

2 通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

傳統(tǒng)的自動(dòng)化儀表通信標(biāo)準(zhǔn)主要有RS-232C， RS-485等等，網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展對工業(yè)自動(dòng)化儀表的通訊產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。使工業(yè)自動(dòng)化儀表有了更高的操作性和可靠性，更豐富的信息，更高的通信速率。可見新的通信技術(shù)為通訊標(biāo)準(zhǔn)的形成奠定了良好的基礎(chǔ)。通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，逐步克服了工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性差，適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境差，抗干擾能力差，不能通過信號(hào)線向現(xiàn)場設(shè)備供電等缺點(diǎn)。近年來工業(yè)以太網(wǎng)采用非屏蔽雙絞線、屏蔽雙絞線或光纖通信提高通訊的抗干擾能力，采用高速背板交換或微處理器交換提高通訊的響應(yīng)時(shí)間，采用交換機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)避免各節(jié)點(diǎn)的沖突。工業(yè)以太網(wǎng)具有使控制網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)高度統(tǒng)一，滿足控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)各層次的要求，與互聯(lián)網(wǎng)通訊方便等優(yōu)點(diǎn)。

另外，應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程的實(shí)現(xiàn)控制裝置與現(xiàn)場設(shè)備多節(jié)點(diǎn)、雙向、串行通訊網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場總線技術(shù)具有現(xiàn)場設(shè)備智能化、互可操作性、系統(tǒng)的開放性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性和對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性、數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)場總線將在特定的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，多種現(xiàn)場總線并存，每種現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)不同功能。例如在HART儀表協(xié)議中采用了Bell202標(biāo)準(zhǔn)的FSK頻移鍵控技術(shù)疊加幅度為0.5mA 的正弦調(diào)制波到4～20mA的模擬信號(hào)中，可實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)與數(shù)字通信的兼容。在現(xiàn)場變送器中供電是4～20mA信號(hào)，實(shí)現(xiàn)這一功能是通過智能變送模塊的低功耗技術(shù)，又因HART 通信要求在電源線上疊加±0.5mA的FSK信號(hào)，可見變送器的耗電在3.5mA～4.5mA之間。這就以低耗能芯片實(shí)現(xiàn)了合理的電源管理電路，為工業(yè)生產(chǎn)提供了便利。

3 新型元器件技術(shù)

隨著技術(shù)不斷更新工程科技人員推出了各種新型元器件，例如存儲(chǔ)技術(shù)、光電技術(shù)、微電子技術(shù)使傳統(tǒng)的儀表得到更新?lián)Q代，這樣使性能高、價(jià)格低、使用便利的元器件在自動(dòng)化儀表行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。

采用頻率高達(dá)100kHz的TOP管作為高頻開關(guān)管，這就實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源替代傳統(tǒng)傳統(tǒng)的自動(dòng)化儀表中的模擬電源，克服了輸入電壓適應(yīng)性差、效率低等缺點(diǎn)?？梢婇_關(guān)電源在自動(dòng)化儀表實(shí)現(xiàn)了頻率高、輸入電壓適應(yīng)范圍廣（交流輸入85～265V），過壓、過流保護(hù)和抗干擾能力強(qiáng)，輸出電壓紋波達(dá)到高要求等優(yōu)勢?；诠β书_關(guān)管和磁性材料的超小型小功率DC/DC模塊也在自動(dòng)化儀表中得到廣泛應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)電壓的隔離和變換。在工業(yè)自動(dòng)化儀表生產(chǎn)現(xiàn)場此項(xiàng)技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)。比如適應(yīng)工作環(huán)境溫度范圍廣；元器件發(fā)熱量小，使用頻率高；由于采用了變壓器隔離，隔離電源高，大大提高了抗干擾能力；元器件的平均故障間隔極高，提高了設(shè)備的可靠性；另外采用DIP封裝，元器件體積小，完全適應(yīng)自動(dòng)化儀表的窄空間范圍要求?？梢娫谧詣?dòng)化儀表中應(yīng)用DC/DC模塊具有提高了設(shè)備的性價(jià)比、高效性、可靠性等等。

近年來Flash存儲(chǔ)器得到廣泛發(fā)展，逐步替代了在傳統(tǒng)自動(dòng)化儀表行業(yè)使用的RAM 和ROM兩種存儲(chǔ)器。與傳統(tǒng)的兩種存儲(chǔ)器相比，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器具有快速擦除，并且存儲(chǔ)器的重復(fù)次數(shù)可高達(dá)10萬次，存儲(chǔ)器的斷電保存時(shí)間高達(dá)10年以上；Flash存儲(chǔ)器不僅可讀，也可以受保護(hù)的寫等等?？梢奆lash存儲(chǔ)器的諸多優(yōu)點(diǎn)使其在自動(dòng)化儀表行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，極大提高了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化過程。

4 結(jié)束語

科技在不斷更新，大量新技術(shù)應(yīng)用在自動(dòng)化儀表行業(yè)，使傳統(tǒng)的自動(dòng)化儀表不斷升級(jí)，朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化方向發(fā)展。本文中簡單介紹了智能化技術(shù)、通訊技術(shù)、新型元器件在自動(dòng)化儀表行業(yè)的廣泛應(yīng)用，極大提高了工業(yè)生產(chǎn)過程的效率，使我們意識(shí)到新興技術(shù)對自動(dòng)化儀表行業(yè)的發(fā)展的重要性。相信隨著技術(shù)的不斷更新，自動(dòng)化儀表行業(yè)會(huì)有更智能、更高效的未來。

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