數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

顧嘉祺　何燦陽(yáng)　張興武　王鴻韜

摘要：本文首先介紹了數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)，并從智能化控制、設(shè)備故障的診斷及遠(yuǎn)程管理三個(gè)方面闡述了數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用，最后闡述了數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化儀表；控制系統(tǒng)；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TH86 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）01-0005-01

1 引言

自從我國(guó)推出“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略之后，我國(guó)的數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展。但是從總體上來(lái)看現(xiàn)階段我國(guó)在數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)技術(shù)方面的發(fā)展還相對(duì)較為落后，與西方國(guó)家還存在著較大的差距，尤其是在自主品牌以及核心技術(shù)方面依然存在著較大的缺陷，為了促進(jìn)我國(guó)數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。本文中筆者結(jié)合自己的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展進(jìn)行了簡(jiǎn)略的研究與分析。

2 數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

自從上個(gè)世紀(jì)70年代初微處理器技術(shù)逐漸開(kāi)始發(fā)展起來(lái)，在促進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)趨于成熟的同時(shí)，也使得儀表與控制技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展。在上個(gè)世紀(jì)90年代中期微處理器技術(shù)在儀表測(cè)量與控制中得到了進(jìn)一步的應(yīng)用，同時(shí)也基本實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化儀表控制，配套的控制系統(tǒng)技術(shù)也逐漸開(kāi)始發(fā)展起來(lái)。數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展使得相關(guān)物理量的測(cè)量精度得到了全面的提升。所謂數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)其實(shí)是將計(jì)算機(jī)數(shù)字處理技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)引入到儀表測(cè)量與控制系統(tǒng)當(dāng)中來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量與控制的技術(shù)。隨著數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，使用數(shù)字處理技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步發(fā)展。但是從總體上來(lái)看數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)還是一種基于FF或DP總線(xiàn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能接收上位機(jī)的命令，并按照上位機(jī)所發(fā)出的命令收集信息并控制設(shè)備運(yùn)行，而上位機(jī)則只需要負(fù)責(zé)對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)管與控制，一般情況下上位機(jī)為計(jì)算機(jī)。在數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)當(dāng)中FF或DP總線(xiàn)都屬于串行數(shù)據(jù)通信接口，通過(guò)菊花鏈形式對(duì)設(shè)備進(jìn)行連接，能夠有效實(shí)現(xiàn)物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的功能結(jié)合，同時(shí)還能完成對(duì)數(shù)據(jù)的成幀處理。在最近幾年當(dāng)中隨著數(shù)字化技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)學(xué)總線(xiàn)技術(shù)也得到了進(jìn)一步完善，因此數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)的功能也更加豐富[1]。

3 數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

3.1 智能化控制

目前階段智能化控制技術(shù)是各國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)，而在智能化控制技術(shù)當(dāng)中數(shù)字化儀表與控制技術(shù)具有非常重要的作用，也是實(shí)現(xiàn)智能化控制的核心所在。所謂智能化控制就是在無(wú)人干預(yù)的情況之下實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)干預(yù)，而這一技術(shù)的實(shí)現(xiàn)必須要建立在數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上才能實(shí)現(xiàn)。數(shù)字化儀表的智能控制就是指通過(guò)智能控制器自動(dòng)實(shí)現(xiàn)儀表的數(shù)據(jù)收集，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理。智能化儀表內(nèi)含智能控制器，主要使用了大規(guī)模集成電路技術(shù)、微處理器技術(shù)、接口通信技術(shù)，利用嵌入式軟件協(xié)調(diào)內(nèi)部操作，使儀表具有智能化處理的功能，在完成輸入信號(hào)的非線(xiàn)性處理，溫度與壓力的補(bǔ)償，量程刻度標(biāo)尺的變換，零點(diǎn)的漂移與修正[2]。

3.2 設(shè)備故障的診斷

傳統(tǒng)的設(shè)備維護(hù)只能通過(guò)定期使用儀表對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)的方式才能實(shí)現(xiàn)，工作人員根據(jù)儀表檢測(cè)的結(jié)果對(duì)設(shè)備所存在的故障進(jìn)行判斷并采取對(duì)應(yīng)的預(yù)防或者維修措施。而數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)的在機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用則能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備故障的診斷。機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中所產(chǎn)生的各種參數(shù)與指標(biāo)變化具有明顯的規(guī)律性。數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)內(nèi)置的處理器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，并根據(jù)儀表所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行判斷，并在總機(jī)上直接將相關(guān)的故障信息顯示在工作人員面前，工作人員中只需要根據(jù)計(jì)算機(jī)所提供的信息就可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理與維護(hù)。通過(guò)這種方式工作人員的設(shè)備維護(hù)工作量可以得到全面的降低，同時(shí)還能夠有效提升設(shè)備故障診斷的準(zhǔn)確率，也可以避免因?yàn)槿说闹饔^(guān)因素所導(dǎo)致的故障診斷缺陷。

3.3 遠(yuǎn)程管理

數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備的故障診斷，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用還使得通過(guò)數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備的遠(yuǎn)程管理與控制。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，人機(jī)分離的現(xiàn)象極為常見(jiàn)，但是通過(guò)數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用工作人員可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備的遠(yuǎn)程管理，從而有效地提升了生產(chǎn)效率。

4 數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)分析

4.1 系統(tǒng)集成和應(yīng)用技術(shù)

隨著工業(yè)設(shè)備的大型化、高參數(shù)化，對(duì)儀器儀表的要求不斷提高。為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)備的安全啟/停、穩(wěn)定運(yùn)行、故障處理等要求，必須把不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的各種儀器儀表產(chǎn)品無(wú)縫地集成為一個(gè)協(xié)調(diào)系統(tǒng)。如何處理這些儀器儀表產(chǎn)品之間的數(shù)據(jù)傳遞、信息共享、協(xié)調(diào)操作等以滿(mǎn)足用戶(hù)的要求已經(jīng)成為一項(xiàng)十分重要的技術(shù)，即系統(tǒng)集成技術(shù)。另外，以提出整體解決方案（SOLUTION）為目標(biāo)的應(yīng)用技術(shù)和以?xún)?yōu)化軟件、先進(jìn)控制算法為代表的應(yīng)用軟件也已成為新的發(fā)展趨勢(shì)。這些技術(shù)的發(fā)展都為用戶(hù)帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益[3]。

4.2 高精度測(cè)量

精密測(cè)量的實(shí)現(xiàn)不僅需要依賴(lài)于制造工藝的發(fā)展，同時(shí)還需要依賴(lài)于數(shù)字化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。而數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展則為數(shù)字化儀表的高精度測(cè)量提供了必要的基礎(chǔ)。但是從實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)的角度來(lái)看，現(xiàn)階段數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)在精度方面依然無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)的實(shí)際需求。因此，在未來(lái)數(shù)字化儀表與控制技術(shù)必然還會(huì)以高精度測(cè)量為基本方向，從而滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需求。

4.3 智能決策

雖然智能化控制技術(shù)已經(jīng)獲得了較大的發(fā)展，但是從總體上來(lái)說(shuō)現(xiàn)階段的數(shù)字化儀表與控制技術(shù)距離真正的智能化還存在著較大的差距。所謂真正的智能化不盡需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)與反饋，同時(shí)還需要具備一定的數(shù)據(jù)分析與處理能力，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的進(jìn)一步提升，即需要實(shí)現(xiàn)智能化決策。在隨著人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)的智能決策性能已經(jīng)得到了一定的提升。

5 結(jié)語(yǔ)

為了促進(jìn)數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用范圍的進(jìn)一步拓展，并促進(jìn)數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，在本文當(dāng)中筆者結(jié)合自己的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)目前階段數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了初步分析，并對(duì)數(shù)字化儀表與控制系統(tǒng)技術(shù)在未來(lái)的發(fā)展方向提出一點(diǎn)建議，希望能對(duì)廣大同行提供一些參考。

參考文獻(xiàn)

[1]劉群垚.儀表控制技術(shù)創(chuàng)新助力石油化工工廠(chǎng)智能化——第七屆石油化工重大工程儀表控制技術(shù)高峰論壇召開(kāi)[J].電氣時(shí)代，2016，（07）：39-40.

[2]張軍.淺析滿(mǎn)功率下常規(guī)島儀表控制用壓縮空氣喪失后的機(jī)組狀態(tài)控制[J].科技視界，2014，（06）：268-271.

[3]欒振華，劉道光，仇少帥，等.基于Simulink仿真技術(shù)的壓水堆核電廠(chǎng)儀表控制調(diào)試分析研究[J].核動(dòng)力工程，2013，（05）：108-111.