工業(yè)自動化儀表及系統(tǒng)的智能化研究

李克

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司，山東日照，276800）

工業(yè)自動化儀表及系統(tǒng)的智能化研究

李克

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司，山東日照，276800）

信息化時代，隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)的發(fā)展，作為工業(yè)自動化技術(shù)工具的自動化儀表也必將走向智能化。文章主要從工業(yè)自動化儀表及系統(tǒng)中的電源轉(zhuǎn)換技術(shù)、Flash存儲器、數(shù)字電位器、嵌入式Internet技術(shù)、軟硬件協(xié)同設(shè)計模式等幾方面探究了其智能化發(fā)展方向。

工業(yè)自動化儀表；智能化；新技術(shù)

0 引言

國外自動化儀表研究與應(yīng)用起步早，并已經(jīng)得到成熟應(yīng)用。當(dāng)前國際上自動化儀表已經(jīng)朝著智能化和現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方向發(fā)展，對復(fù)雜工況和惡劣條件的適應(yīng)性不斷增強(qiáng)，解決了許多現(xiàn)場檢測難題。我國在自動化儀表在改革開放之后才得到較大發(fā)展，如今隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力與信息化水平的不斷提升，高端裝備制造產(chǎn)業(yè)，作為我國一個重要的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)受到極大重視，工業(yè)自動化儀表及系統(tǒng)的智能化亦成為必然趨勢。

1 工業(yè)自動化儀表及系統(tǒng)智能化的可行性

近年來，工業(yè)自動化儀表及系統(tǒng)在數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化方面取得了較快發(fā)展。數(shù)字化已基本全面鋪開，模擬儀表逐漸被數(shù)字化儀表和系統(tǒng)所取代，退出新建項(xiàng)目主流產(chǎn)品名目；無線通信的儀表和系統(tǒng)為工業(yè)自動化儀表及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化奠定基礎(chǔ)，這種以有線數(shù)據(jù)通信為主，無線通信融入其中的儀表，已成為生產(chǎn)現(xiàn)場較分散行業(yè)的首選，而“移動互聯(lián)”及4G商業(yè)移動數(shù)據(jù)通訊的普及，將開啟工業(yè)自動化儀表及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的又一新篇章；工業(yè)自動化儀表及系統(tǒng)的集成化依賴于數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，并不斷改變與完善工業(yè)自動化儀表及系統(tǒng)的硬件模塊，軟件功能及組態(tài)化，以及相應(yīng)的工程設(shè)計、組織與并行工程方式等；而工業(yè)自動化儀表及系統(tǒng)的智能化正是在其數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化不斷成熟的過程中，依托于電源轉(zhuǎn)換技術(shù)、Flash存儲器、數(shù)字電位器、RTOS、嵌入式Internet技術(shù)、軟硬件協(xié)同等新技術(shù)，以適應(yīng)用戶更高需求為基礎(chǔ)而發(fā)展起來的。

2 工業(yè)自動化儀表及系統(tǒng)的智能化趨勢

2.1 電源轉(zhuǎn)換技術(shù)的應(yīng)用

電源轉(zhuǎn)換技術(shù)進(jìn)步推進(jìn)工業(yè)自動化儀表及系統(tǒng)的智能化主要表現(xiàn)在兩方面，一方面是改進(jìn)后的AC/DC增強(qiáng)了輸入壓力適應(yīng)性，抗干擾能力和過壓、過流保護(hù)能力，傳統(tǒng)的自動化儀表采用模擬電源，輸入交流電壓，依次進(jìn)行變壓器隔離、整流、濾波、穩(wěn)壓，最終輸出直流電壓，改進(jìn)后的AC/DC轉(zhuǎn)換是通過開關(guān)管、高壓隔離變壓器、濾波穩(wěn)壓，最終輸出直流電壓。另一方面是DC/DC實(shí)現(xiàn)了電壓變換和隔離創(chuàng)新，將其工作溫度范圍擴(kuò)大到-40℃至+80℃，工作效率大大提升，可靠性更強(qiáng)，平均無故障時間可達(dá)100 萬小時，增加了儀表的使用壽命。

2.2 Flash存儲器與數(shù)字電位器的應(yīng)用

FLASH存儲器在工業(yè)自動化儀表及系統(tǒng)的應(yīng)用，提高了儀表的讀寫速度，其擦除重復(fù)寫功能也極大地方便了用戶操作。而且FLASH 存儲器可實(shí)現(xiàn)斷電保存10 年之久，其價格低，容量大的特征更是受到廣泛青睞。數(shù)字電位器主要用于零點(diǎn)遷移、量程調(diào)整、對比度調(diào)節(jié)等，其優(yōu)勢在于其掉電后電阻值依然保存，這就避免了傳統(tǒng)儀表掉電后重新調(diào)整對比度的弊端，無需安裝旋轉(zhuǎn)部件，且數(shù)字電位器的可靠性更高，并能在條件十分惡劣的環(huán)境下使用。因此，工業(yè)自動化儀表及系統(tǒng)中的Flash存儲器與數(shù)字電位器，已成為工業(yè)自動化儀表及系統(tǒng)智能化發(fā)展的必要硬件。

2.3 嵌入式Internet技術(shù)的應(yīng)用

自動化儀表與Internet 聯(lián)接的設(shè)想早已提出，但存在著Internet各通信協(xié)議不匹配問題，Internet上的各種通信協(xié)議對計算機(jī)存儲器、運(yùn)算速度等具有較高要求，一般儀器儀表多使用8位和16位MCU，支持TCP/IP 等Internet協(xié)議將占用大量系統(tǒng)資源。除了采用高性能的32位處理器及相應(yīng)硬件平臺之外，對于現(xiàn)存的8位和16位儀器儀表，嵌入式也提供了網(wǎng)絡(luò)化的解決方案，比較典型的是嵌入式微型互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)EMIT。通過EMIT技術(shù)接入InternetEMIT，網(wǎng)關(guān)選用高性能嵌入式處理器，并在該網(wǎng)關(guān)上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。嵌入式Internet技術(shù)在工業(yè)自動化儀表及系統(tǒng)的應(yīng)用，發(fā)揮了系統(tǒng)的深度潛力，提高了原有的測量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，改變了需在相同地點(diǎn)進(jìn)行信息采集、分析和顯示的固定化模式，使人們能夠更自由地控制遠(yuǎn)程儀器設(shè)備，推進(jìn)工業(yè)自動化儀表及系統(tǒng)的智能化應(yīng)用。

2.4 軟硬件協(xié)同設(shè)計模式的開發(fā)與應(yīng)用

傳統(tǒng)的工業(yè)自動化儀表及系統(tǒng)設(shè)計是將軟硬件分開設(shè)計，再進(jìn)行集成測試，若發(fā)現(xiàn)設(shè)計環(huán)節(jié)出錯，很可能要重新展開系統(tǒng)設(shè)計，既增加設(shè)計成本，又延誤開發(fā)周期。嵌入式系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)自動化儀表及系統(tǒng)的軟硬件協(xié)同開發(fā)，首先劃分軟硬件功能，并形成一個最佳的分解方案，在開發(fā)硬件前，驗(yàn)證好包含軟件、硬件的嵌入式系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能。具體來講，可分為四個階段，即系統(tǒng)功能描述和劃分階段（對系統(tǒng)的功能和性能進(jìn)行模擬驗(yàn)證），軟硬件設(shè)計階段（根據(jù)設(shè)計目標(biāo)和約束條件劃分軟硬件部分），協(xié)同模擬階段（通過通信和同步機(jī)制模擬驗(yàn)證整個系統(tǒng)綜合，發(fā)現(xiàn)與修正設(shè)計偏差），軟硬件綜合階段（完成整個系統(tǒng)的設(shè)計）。

3 結(jié)束語

朝著智能化方向發(fā)展。如今，工業(yè)自動化儀表及系統(tǒng)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化的不斷成熟，以及電源轉(zhuǎn)換技術(shù)、Flash存儲器、數(shù)字電位器、嵌入式Internet技術(shù)、軟硬件協(xié)同設(shè)計等新技術(shù)的應(yīng)用，為工業(yè)自動化儀表及系統(tǒng)的智能化奠定了基礎(chǔ)。未來，工業(yè)自動化儀表及系統(tǒng)的智能化將為我國工業(yè)化發(fā)展與進(jìn)步做出突出貢獻(xiàn)。

[1]薛曉渝,強(qiáng)慢.淺析工業(yè)自動化儀表與自動化控制技術(shù)[J].科技風(fēng),2015,(14):52.

[2]王耀德.淺談智能儀表在工業(yè)自動化控制中的應(yīng)用[J].民營科技,2015,(04):1.

[3]卞正崗.工業(yè)自動化儀表及系統(tǒng)的智能化現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].自動化博覽,2014,(11):26-28.

隨著信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，工業(yè)自動化儀表及系統(tǒng)也正在

Research on the intelligence of industrial automation instrument and system

Li Ke
（Shandong Iron and Steel Group Rizhao Co.,Ltd，Rizhao Shandong,276800）

in the information age, with the development of computer network and communication technology, automation instrument, which is the tool of industrial automation technology, is also going to be intelligent. This article mainly from the aspects of power supply in the industrial automation instrument and system conversion technology, digital potentiometer, Flash memory, embedded Internet technology, hardware and software co design mode and explores the development direction of intelligent.

industrial automation instrument; intelligent; new technology

李克，男，1987年7月，籍貫山東萊州，本科，中級工程師，研究方向工業(yè)自動化與儀表。