工業(yè)自動化儀器儀表數(shù)字化系統(tǒng)技術與發(fā)展探析

王猛

(山信軟件股份有限公司萊蕪自動化分公司，山東萊蕪，271104)

工業(yè)自動化儀器儀表數(shù)字化系統(tǒng)技術與發(fā)展探析

王猛

(山信軟件股份有限公司萊蕪自動化分公司，山東萊蕪，271104)

在數(shù)字化時代，數(shù)字化儀器儀表是工業(yè)生產(chǎn)與控制管理的重要組成部分，隨著企業(yè)信息化水平的不斷提升，對工業(yè)自動化儀器儀表也提出了數(shù)字化要求。文章通過工業(yè)自動化儀器儀表數(shù)字化要求及特點，從嵌入式技術及集成技術兩方面，重點分析了工業(yè)自動化儀器儀表數(shù)字化系統(tǒng)技術的應用與發(fā)展。

工業(yè)自動化儀器儀表；數(shù)字化技術；發(fā)展

0 引言

隨著各項技術的進步，工業(yè)自動化儀表已經(jīng)逐漸實現(xiàn)了數(shù)字化，并對工業(yè)自動化生產(chǎn)效率的提高起到了重要作用。工業(yè)自動化儀表多用于現(xiàn)場在線操作，強調實時性，抗干擾性，使用環(huán)境相對惡劣，文章主要討論這種應用于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的儀器儀表設備數(shù)字化問題。

1 工業(yè)自動化儀器儀表數(shù)字化要求及特點

隨著工業(yè)自動化技術的不斷進步，要求現(xiàn)場儀表設備也趨于數(shù)字化，如要求儀器儀表設備具有開放性，標準的統(tǒng)一性，方便不同制造商設備之間的互通互連與集成應用等。結合工業(yè)自動化儀器儀表設備的現(xiàn)場使用需求及現(xiàn)有技術條件，本文將工業(yè)自動化儀器儀表數(shù)字化要求及特點總結為如下三點。

1.1 開放的技術和標準

開放式互連網(wǎng)絡中的技術和標準都是公開的，各制造商都采用相同的技術與標準。這樣，用戶便能夠隨意集成不同制造商的通信網(wǎng)絡，無論是否為同層網(wǎng)絡，都可實現(xiàn)互連，用戶之間可以共享網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫資源。因此，開放的技術和標準是對工業(yè)自動化儀器儀表數(shù)字化的基本要求。

1.2 互連與互操作

現(xiàn)場總線系統(tǒng)的應用，使工業(yè)自動化儀器儀表實現(xiàn)了以微處器為控制核心的智能化，N臺現(xiàn)場儀器儀表設備之間可借助于一對信號傳輸線互連，若在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要增加設備或儀表，只需將其并行掛接到電纜上，大大節(jié)省了安裝與維護費用。互操作即用戶可隨意選擇不同制造商提供的現(xiàn)場設備與儀表，無需再為如何實現(xiàn)不同品牌儀器儀表設備的集成而大費周折，減少了為集成各品牌產(chǎn)品在軟硬件上的投資。

1.3 全數(shù)字通信

工業(yè)自動化系統(tǒng)要求實現(xiàn)開放式的通信系統(tǒng)，過程控制與管理相結合，既能與Ethernet接口，又支持現(xiàn)場總線，使得工業(yè)自動化儀器儀表在應用中實現(xiàn)實時全數(shù)字通信，并提高其通信的可靠性。工業(yè)自動化儀器儀表數(shù)字化要求從模擬信號傳輸轉向全數(shù)字化傳輸信號，提高信號的抗干擾性與信號轉換精度。傳統(tǒng)的模擬信號傳輸，極易出現(xiàn)傳輸過程中的信號衰減、精度下降等問題，信號的抗干擾能力較差，信號全數(shù)字化從根本上解決了這一問題，不僅方便了現(xiàn)場通信，也更易于實現(xiàn)通信網(wǎng)絡的構建。如現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網(wǎng)絡，F(xiàn)CS系統(tǒng)是全分散式的全數(shù)字化系統(tǒng)，它要求將DCS中現(xiàn)場信息的4~20mA模擬量信號傳輸變?yōu)槿珨?shù)字雙向多站的數(shù)字通訊。

2 工業(yè)自動化儀器儀表數(shù)字化系統(tǒng)技術與發(fā)展

2.1 嵌入式技術的應用

嵌入式系統(tǒng)的應用適應了工業(yè)自動化儀器儀表數(shù)字化的發(fā)展要求，嵌入式系統(tǒng)軟硬件是相互依存的，需要在功能劃分恰當?shù)幕A上實現(xiàn)軟硬件設計，以確保系統(tǒng)功能得以實現(xiàn)，并需對實現(xiàn)的系統(tǒng)進行驗證。這種軟硬件協(xié)同設計思想對自動化儀器儀表的數(shù)字化具有重要的借鑒意義。自動化儀表多應用的是8位與16位單片機，在儀器儀表功能愈加復雜的條件下，這種單片機的使用明顯落后，嵌入式DSP的研發(fā)與應用大大提高了處理器性能。而儀器儀表功能的不斷增加與智能化，需要實時系統(tǒng)實現(xiàn)任務調度，各類嵌入式操作系統(tǒng)可更好地適應硬件要求，并表現(xiàn)出高效率特征，使自動化儀器儀表中使用實時操作系統(tǒng)成為可能。

2.2 儀器儀表的多功能集成

最初設計與使用的工業(yè)自動化儀器儀表功能比較單一，僅適用于流量、溫度、壓力等某一領域的測量，而如今的現(xiàn)場數(shù)字化儀表設備，不僅能夠實現(xiàn)檢測、變換和補償功能，還具有控制和運算功能，通過一個數(shù)字化儀器儀表便能對多個傳感信息進行分析處理，實現(xiàn)多傳感信息融合。這樣的數(shù)字化儀器儀表的最大優(yōu)點就是能統(tǒng)一組態(tài)，用戶無需考慮現(xiàn)場設備或儀表的種類差異導致的組態(tài)方法差異問題，工作人員只需在控制室便能掌握現(xiàn)場儀器儀表設備的運行情況，結合實際需要調整系統(tǒng)參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)與解決系統(tǒng)運行故障，大大提高了系統(tǒng)的可維護性、可控性和可靠性。

2.3 儀器儀表設備的網(wǎng)絡互連互操作性

網(wǎng)絡技術早已應用于現(xiàn)代控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了分布式網(wǎng)絡控制，使系統(tǒng)更高效、更靈活、更易于維護和擴展。如LonWorks控制網(wǎng)絡掛接的儀器儀表設備，就實現(xiàn)了現(xiàn)場設備的互連互操作，采用的是全數(shù)字雙向多站的數(shù)字通訊。這種儀器儀表設備采用Neuron芯片開發(fā)，該芯片內部固化了完整的通信協(xié)議，以保證節(jié)點間通信與互操作的可靠性與穩(wěn)定性。Neuro芯片包括3個8位微處理器、RAM、ROM以及通信和I/0接口，可支持雙絞線、紅外、無線、同軸電纜、光纖等多種通信介質，其中雙絞線的性價比最高，應用最為普遍。LonWorks總線及其Neuron芯片組網(wǎng)靈活，功能多，完全可以滿足儀器儀表設備的網(wǎng)絡互連互操作要求，為工業(yè)自動化儀器儀表數(shù)字化提供了重要技術支撐。

3 結束語

本文主要從工業(yè)自動化儀器儀表數(shù)字化要求及特點出發(fā)，從嵌入式技術的應用、儀器儀表的多功能集成，以及儀器儀表設備的網(wǎng)絡互連互操作性三方面，重點研究了工業(yè)自動化儀器儀表數(shù)字化系統(tǒng)技術與發(fā)展狀況，望本研究能夠為工業(yè)自動化儀器儀表數(shù)字化提供參考。

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Analysis on the System technique of digital instruments for industrial automation and its development

Wang Meng
（Shanxin software co., ltd. Laiwu automation branch，Laiwu Shandong，271104）

in the digital era, digital instrument is an important part of industrial production control and management, with the continuous improvement of the level of enterprise informatization, also put forward the requirements of digital industrial automation instrument. This paper focuses on the application and development of industrial automation instrument digital system technology from two aspects: embedded technology and integrated technology.

industrial automation instrumentation; digital technology; development