李衛(wèi)國(guó)

摘要：隨著我國(guó)工業(yè)化水平的不斷提高，化工儀表自動(dòng)化越來越受關(guān)注，化工自動(dòng)化儀表應(yīng)用越來越廣泛。本文闡述了儀表自動(dòng)化的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化儀表；應(yīng)用；發(fā)展

一、自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)的介紹

自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)是設(shè)備的神經(jīng)中樞，起到了監(jiān)測(cè)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的作用，也能夠?yàn)檎{(diào)整設(shè)備的主要參數(shù)作出參考。 一般來說，自動(dòng)化儀表是由若干自動(dòng)化元件構(gòu)成的，具有較完善功能的自動(dòng)化技術(shù)工具。它一般同時(shí)具有數(shù)種功能，如測(cè)量、顯示、記錄、控制、報(bào)警等。自動(dòng)化儀表主要分為：流量?jī)x表、溫度儀表、壓力儀表、校驗(yàn)儀表的熱工儀表、壓力儀表、標(biāo)準(zhǔn)校驗(yàn)儀表、數(shù)控儀表、流量?jī)x表廣泛使用在石油、化工、電力、冶金、科研以及國(guó)防等行業(yè) 的自動(dòng)化控制過程中。自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)是自動(dòng)化系統(tǒng)的一部分，自動(dòng)化儀表主要起到了信息轉(zhuǎn)換的功能，能夠?qū)⑤斎胄盘?hào)轉(zhuǎn)換成輸出信號(hào)。信號(hào)可以按時(shí)間域或頻率域表達(dá)，信號(hào)的傳輸則可調(diào)制成連續(xù)的模擬量或斷續(xù)的數(shù)字量形式。

二、自動(dòng)化儀表的發(fā)展特點(diǎn)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步， 自動(dòng)化儀表也取得了巨大的進(jìn)步，儀器儀表在實(shí)現(xiàn)過程自動(dòng)化、測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理及系統(tǒng)控 制等多方面取得進(jìn)展。

進(jìn)入新世紀(jì)以來 ，一些高準(zhǔn)確度、高性能 、多功能的測(cè)量?jī)x器都開始嵌入微處理器。儀表實(shí)現(xiàn)了智能化、網(wǎng)絡(luò)化、總線化與開放 性我國(guó)的自動(dòng)化儀表取得了巨大的進(jìn)步，雖然總體與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)上有一定的差異，但是在一些領(lǐng)域也取得國(guó)際領(lǐng)先水平。在工業(yè)自動(dòng)化儀表方面， 近年來溫度儀表的重要進(jìn)展主要體現(xiàn)在紅外熱像儀的應(yīng)用迅速擴(kuò)大。國(guó)產(chǎn)低端壓力變送器和帶熱功能的壓力變送器近年來也發(fā)展很快，品種多、規(guī)格全、價(jià)格低，在市場(chǎng)上已經(jīng)很具競(jìng)爭(zhēng)力?？刂崎y行業(yè)近年來的進(jìn)展是顯著的，產(chǎn)品"跑冒滴漏"現(xiàn) 象得到很大改進(jìn)，不少產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國(guó)外主流產(chǎn)品水平。在控制系統(tǒng)方面，進(jìn)展令人鼓舞。

三、自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步不斷對(duì)儀器儀表提出更高更新的要求。自動(dòng)化儀表技術(shù)也取得了不斷的進(jìn)步。儀器儀表的發(fā)展趨勢(shì)是不斷利用新的技術(shù)水平和采用新材料及新的元器件。自動(dòng)化儀表技術(shù)包括信息采集、處理和應(yīng)用?！捌髽I(yè)信息化”實(shí)際上是企業(yè)信息的集成和整合。為此，必須用自動(dòng)化和系統(tǒng)的信息模型“簡(jiǎn)化”、“規(guī)則”和“抽象”信息，以便最有效地利用信息。這是自動(dòng)化儀表領(lǐng)域的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，也是統(tǒng)一信息表達(dá)的重要手段。

近10年自動(dòng)化儀表技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域——現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展雖然取得了顯著成就，但是在應(yīng)用方面大體上還處在替代模擬傳輸線的階段。實(shí)際上現(xiàn)場(chǎng)總線不僅僅是信號(hào)制式的改變，它是為控制技術(shù)的信息化提供基礎(chǔ)的。用戶對(duì)系統(tǒng)底層信息化（控制、診斷、管理）改造的需求是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)推廣的原始動(dòng)力。近些年來現(xiàn)場(chǎng)總線在設(shè)備資產(chǎn)管理、預(yù)測(cè)診斷和平穩(wěn)操作等方面的潛力開始被挖掘出來，顯現(xiàn)了極富發(fā)展前景的勢(shì)頭。

但是基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化控制和分布式只智能技術(shù)，到目前無論在理論上還是在實(shí)踐上都未出現(xiàn)顯著突破：而現(xiàn)場(chǎng)總線的速度瓶頸是的在復(fù)雜控制和快速響應(yīng)方面有時(shí)還不如傳統(tǒng)儀表：持續(xù)多年的現(xiàn)場(chǎng)總線之爭(zhēng)至今在制造商中沒有贏家，又使用戶普通感覺厭倦，極大地消耗了各企業(yè)發(fā)展的資源。

國(guó)際上反映自動(dòng)化儀表產(chǎn)品動(dòng)向的幾個(gè)重要窗口：以ISA EXPO、Miconix等為代表的國(guó)際儀表展覽，以Readers Choice Award（讀者選擇獎(jiǎng)）為代表的獎(jiǎng)項(xiàng)。從近3年的讀者選擇獎(jiǎng)看，獲獎(jiǎng)產(chǎn)品變化不多。自動(dòng)化儀表今年發(fā)展的重點(diǎn)在儀表的應(yīng)用方面。

這種發(fā)展趨勢(shì)的變化是很自然的，數(shù)字化、智能化儀表和系統(tǒng)經(jīng)過近10年的告訴發(fā)展，在應(yīng)用方面積累了一些問題，智能儀表設(shè)計(jì)的許多創(chuàng)新功能也未得到充分的應(yīng)用。主要問題有以下幾點(diǎn)。

（1）數(shù)字儀表和系統(tǒng)的信息保密和安全問題

（2）微程序和軟件的可靠性問題。

（3）通信的保密、安全和可靠性問題。

（4）智能儀表在運(yùn)行時(shí)是可以與控制系統(tǒng)互動(dòng)的以及如何進(jìn)行互動(dòng)。

（5）智能儀表提供了遠(yuǎn)比模擬儀表多的信息以及如何充分利用這些信息。

（6）眾多智能儀表的可互操作問題。

（7）儀表和系統(tǒng)的故障診斷以及故障診斷信息的可互操作問題等。

上述問題都是由于數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化而產(chǎn)生的，并不是現(xiàn)有技術(shù)無法解決這些問題，只是可選的解決方案太多，而統(tǒng)一的解決方案才是最有效的。而如何統(tǒng)一是當(dāng)前正在研究的。

1、分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

DCS 是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫 （DistributedControlSys-tem），在國(guó)內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。即所謂的分布式控制系統(tǒng)，或在有些資料中稱之為集散系統(tǒng)，是相對(duì)于集中式控制系統(tǒng)而言的一種新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)， 它是在集中式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來的。它是一個(gè)由過程控制級(jí)和過程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為 紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ，綜合了計(jì)算機(jī) ，通信 、顯示和控制等 4C 技術(shù) ，其基本思想是分散控制 、集中操作 、分級(jí)管理、配置靈活以及組態(tài)方便。 國(guó)產(chǎn) DCS 系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入大型超臨界火電機(jī)組控制系統(tǒng)。

2、開放性控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)在的測(cè)控儀器越來越多采用以 windows/CELinuxVxWorks 等嵌入式操作系統(tǒng)為系統(tǒng)軟件核心和高性能微處理為硬件系統(tǒng)核心的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，未來的儀器儀表和計(jì)算機(jī)的聯(lián)系也將會(huì)日趨緊密 ，Agilent 公 司 表 示 儀 器 儀 表 設(shè) 備 上 應(yīng) 當(dāng) 具 備 計(jì) 算 機(jī) 的所有接口，如 UBS 接口打印機(jī)接口局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口等，測(cè)量的數(shù)據(jù)也應(yīng)通 過 UBS 接口存儲(chǔ)在可移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備中，使用這樣的儀器儀表設(shè)備和操作一臺(tái)簡(jiǎn)易電腦簡(jiǎn)直是如出一轍齊備的接口可連接多種現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控儀表或執(zhí)行器設(shè)備，在過程控制系統(tǒng)主機(jī)的支持下，通過網(wǎng)絡(luò) 形成具有特定功能的測(cè)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了多種智能化現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控設(shè)備的開放式互連系統(tǒng)

3、網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)采用計(jì)算機(jī)數(shù)字化通信技術(shù)，使自動(dòng)控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備加入工廠信息網(wǎng)絡(luò)，成為企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)底層，可使智能 儀表的作用得以充分發(fā)揮隨著工業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展， 有可能不久將會(huì)出現(xiàn)以網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系為主要特征的新型自動(dòng)化儀表 ，即 IP 智能現(xiàn)場(chǎng)儀表， 如基于嵌入式 Internet 的控制網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，其 特點(diǎn)是：首先 Ethernet 貫穿于網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)層次 ，它使網(wǎng)絡(luò)成為透明的，覆蓋整個(gè)企業(yè)范圍的應(yīng)用實(shí)體它實(shí)現(xiàn)了真正意義上人辦公自 動(dòng)化與工業(yè)自動(dòng)化的無縫結(jié)合， 因而我們稱它為扁平化的工業(yè)控 制網(wǎng)絡(luò)其良好的互連性和可擴(kuò)展性使之成為一種真正意義上的全 開放的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，一種真正意義上的大統(tǒng)一。

現(xiàn)代自動(dòng)化儀表的智能化技術(shù)不但改變了儀表本身的性能 ，還影響到了控制網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，它不再是功能單一的同定結(jié)構(gòu)， 其適應(yīng)性越來越強(qiáng)，功能也越來越豐富相信新一代的智能化儀器 儀表將在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持下在各行各業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用

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