探究自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)技術(shù)

羅明 張偉男

摘 要：由于科學(xué)技術(shù)的快速進(jìn)步以及人工智能的不斷發(fā)展，自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)對(duì)于設(shè)備而言發(fā)揮了愈來愈關(guān)鍵的作用，通過使用嵌入式微機(jī)使得自動(dòng)化儀表的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與概念發(fā)生了根本改變，對(duì)系統(tǒng)的發(fā)展也有比深遠(yuǎn)的影響。利用對(duì)自動(dòng)化儀表的發(fā)展進(jìn)行分析，對(duì)于其具有智能化、網(wǎng)絡(luò)化、總線化以及開放性的基本特點(diǎn)以及發(fā)展方向進(jìn)行討論。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化儀表;計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng);嵌入式

一、 自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)要介紹

1.自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)。自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)是一個(gè)設(shè)備的神經(jīng)中樞，發(fā)揮對(duì)設(shè)備是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的作用，也可以為調(diào)整設(shè)備的基本技術(shù)參數(shù)提供參考。自動(dòng)化儀表主要是由一些自動(dòng)化元器件組成的，具備十分完善的自動(dòng)化功能的一種技術(shù)工具。它通常同時(shí)具備好幾種功能，比如測(cè)量或者記錄、顯示、控制以及自動(dòng)報(bào)警等。自動(dòng)化儀表通常包括：流量、壓力、溫度等各種儀表、校驗(yàn)儀表的壓力、熱工、標(biāo)準(zhǔn)等各種校驗(yàn)儀表、還有就是數(shù)控、流量等儀表普遍用于石化、冶金、電力、科學(xué)研究以及國防等領(lǐng)域的自動(dòng)化控制。

2.自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)特征。伴隨著我國計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷前進(jìn)，信息時(shí)代的來臨，自動(dòng)化儀表也有了相當(dāng)大的發(fā)展。包括自動(dòng)化，還有數(shù)據(jù)的處理控制系統(tǒng)等。作為工業(yè)自動(dòng)化的必備條件，儀表與控制系統(tǒng)的發(fā)展越來越受到人們的關(guān)注。那些精確度比較高，性能比好的測(cè)量儀器都逐漸的應(yīng)用到微處理器中。這樣一來，儀表就一步步的實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化與智能化的發(fā)展，我國自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)取得了很大的發(fā)展。即使這樣，與國外先進(jìn)的技術(shù)相比，我們?nèi)耘f存在一定的差距，但是不能因此而否認(rèn)了我們所取得的進(jìn)步，在個(gè)別領(lǐng)域，我們還是取得了不錯(cuò)的成就，在世界同行業(yè)中也處于遙遙領(lǐng)先的地位。在最近一段時(shí)間，我國自主制造的一些低端的壓力變送器在迅速的發(fā)展，由于品種比較多，價(jià)格上也具有一定的優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力比較大。

二、自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)技術(shù)研究

1.智能化。從現(xiàn)階段我國自動(dòng)化儀表的發(fā)展趨勢(shì)而言，自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)的核心就是智能化。自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)智能化的表現(xiàn)就是具備多種新功能，傳統(tǒng)自動(dòng)化儀表控制算法只能是通過分散控制系統(tǒng)或者調(diào)節(jié)器完成，而自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)智能化的執(zhí)行器或者變送器，在植入智能PID控制模塊，就可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)儀表的自主調(diào)節(jié)，強(qiáng)化自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)的可靠性。

2.高精度化。隨著我國經(jīng)濟(jì)水平不斷提高，企業(yè)對(duì)所生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高，加上國家一直提倡和貫徹節(jié)能減排的戰(zhàn)略措施，使得控制系統(tǒng)和測(cè)量儀表的精度也進(jìn)一步發(fā)展和提升。另外，在一些大型項(xiàng)目建造前，對(duì)自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)采取招標(biāo)形式，并對(duì)自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)精度提出準(zhǔn)確的要求，只有超過和持平所要求的精度，才能在大型項(xiàng)目中使用。

3.無線化?，F(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)是在企業(yè)中控制機(jī)器和測(cè)量之間數(shù)字通訊為主的網(wǎng)絡(luò)，將控制器、傳感器、各種操作終端、控制器的通訊進(jìn)行特殊化的網(wǎng)絡(luò)，這一過程可以稱之為現(xiàn)場(chǎng)總線。由此可見現(xiàn)場(chǎng)總線是一種具備極大潛力的技術(shù)，應(yīng)該在企業(yè)中廣泛應(yīng)用，但是現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)由于國際標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、較多等原因，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)總線在推廣過程中受到一定阻礙。因此，現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)該盡早制定出一套統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)。

4.網(wǎng)絡(luò)化。通俗來講現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是通過使用計(jì)算機(jī)數(shù)字化通信技術(shù)，將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)控制系統(tǒng)加入到企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)中，現(xiàn)場(chǎng)總線可以使自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用。隨著我國信息技術(shù)不斷發(fā)展，未來也許會(huì)出現(xiàn)以網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系為主的自動(dòng)化儀表。

5.開放性?，F(xiàn)階段我國測(cè)控儀器廣泛使用嵌入式操作系統(tǒng)，同時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)為系統(tǒng)軟件核心，未來我國的自動(dòng)化儀器儀表會(huì)充分和計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)系。

三、自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)的發(fā)展方向

自動(dòng)化儀表技術(shù)也隨著科技的發(fā)展而發(fā)展，對(duì)于儀器儀表有了更高的標(biāo)準(zhǔn)與要求。儀器儀表今后的發(fā)展方向是充分運(yùn)用全新的工作原理以及選擇全新的材料和元件，比如運(yùn)用超聲波、X射線、微波、遠(yuǎn)紅外線、核磁共振成像以及激光等原理，運(yùn)用不同的半導(dǎo)體敏感元器件、集成光路與電路、光導(dǎo)纖維等等。其最終目標(biāo)是使得儀器儀表更加小型化，重量更輕、生產(chǎn)成本不斷降低以及更加有利于使用和維修等。

1.分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。分布式控制系統(tǒng)為一種全新的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它是基于集中式控制系統(tǒng)逐步發(fā)展與演變出來的。它是主要由一個(gè)過程控制級(jí)以及過程監(jiān)控級(jí)所構(gòu)成的利用通信網(wǎng)絡(luò)作為其紐帶的系統(tǒng)，將現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、現(xiàn)代圖形顯示技術(shù)以及現(xiàn)代控制技術(shù)即4C技術(shù)進(jìn)行綜合，其指導(dǎo)思想是集中操作與分散控制與集中操作、分級(jí)管理以及配置靈活等。我國生產(chǎn)的DCS系統(tǒng)早已運(yùn)用于大型超臨界火力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)。

2.開放性控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。當(dāng)前的測(cè)控儀器愈來愈多使用嵌入式的操作系統(tǒng)核心軟件以及性能非常高的微處理的核心硬件系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，今后的儀器儀表以及計(jì)算機(jī)之間的相互聯(lián)系也會(huì)變得更加緊密，安捷倫公司認(rèn)為儀器儀表等相關(guān)設(shè)備上都應(yīng)該具有計(jì)算機(jī)的全部接口，比如打印接、USB、局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)等各種接口等，測(cè)量的結(jié)果也應(yīng)當(dāng)利用UBS接口保存到移動(dòng)硬盤等可移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備中去，使用該設(shè)備就像操作一臺(tái)計(jì)算機(jī)一樣，接口齊全的話可以將現(xiàn)場(chǎng)的各種測(cè)控儀表或者相關(guān)執(zhí)行器設(shè)備連接起來，在過程控制系統(tǒng)的主計(jì)算機(jī)的支持下，利用網(wǎng)絡(luò)形成具備特定功能的測(cè)量與控制系統(tǒng)，從而達(dá)到了對(duì)多種智能化現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量與控制設(shè)備進(jìn)行開放式的相互連接。

3.網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)通過數(shù)字化的通信技術(shù)，從而使得自動(dòng)控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)設(shè)備連接到企業(yè)的信息網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)作企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的底層，可以有效發(fā)揮智能儀表的作功能。由于工業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，在不久的將來可能會(huì)產(chǎn)生以網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系為主的全新的自動(dòng)化儀表，也就是IP智能現(xiàn)場(chǎng)儀表，比如建立在以嵌入式互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的控制網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，其基本的特點(diǎn)是：Ethernet將貫穿到網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)層次，從而使得網(wǎng)絡(luò)變得更加透明，覆蓋到企業(yè)全部的運(yùn)用范圍從而達(dá)到了實(shí)質(zhì)意義上人工辦公和工業(yè)自動(dòng)化辦公的完美融合，所以可以稱之為扁平化的工業(yè)信息控制網(wǎng)絡(luò)，其優(yōu)良的互連性以及可擴(kuò)展性使得該系統(tǒng)成為實(shí)質(zhì)意義上的一種完全開放式的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)了實(shí)質(zhì)意義上的大統(tǒng)一。

4.自動(dòng)化儀表的總線化發(fā)展趨勢(shì)。現(xiàn)場(chǎng)儀表主要是過程控制系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)儀表主要由相關(guān)檢測(cè)儀表、在線分析儀表、變送器、執(zhí)行器組成的?，F(xiàn)階段現(xiàn)場(chǎng)總線使用次數(shù)較多，但組建集中和分布式測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展較為簡(jiǎn)單。因此，集中測(cè)控不能滿足復(fù)雜、遠(yuǎn)程、大范圍的項(xiàng)目要求，在這種情況下應(yīng)該積極構(gòu)建一種可以讓現(xiàn)場(chǎng)所有儀表數(shù)據(jù)共同使用的網(wǎng)絡(luò)，這就是現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)不但可以在開放的信息系統(tǒng)、雙向的信息系統(tǒng)、全數(shù)字化、現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化儀表之間的多站中使用，還可以在中央控制系統(tǒng)中應(yīng)用。

四、結(jié)語

隨著我國科技技術(shù)不斷發(fā)展，通過我國對(duì)自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)不斷優(yōu)化和完善，在企業(yè)中自動(dòng)化儀表企業(yè)非常重要的作用。因此，相關(guān)人員應(yīng)該積極對(duì)自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)進(jìn)行深入的研究，使自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)的智能化越來越強(qiáng)，使得自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)在企業(yè)中適應(yīng)性更高并發(fā)揮更大的作用。

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