汪峰

【摘 要】概述了智能儀表的發(fā)展歷程及技術(shù)特點(diǎn)，在闡述我國(guó)智能儀表的應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問題的基礎(chǔ)上，詳細(xì)列舉了三類問題成因（環(huán)境因素、人為因素和自身因素）的應(yīng)對(duì)措施，并針對(duì)智能儀表技術(shù)及其應(yīng)用的未來發(fā)展方向提供了幾點(diǎn)參考建議。

【關(guān)鍵詞】智能儀表；應(yīng)用現(xiàn)狀；應(yīng)對(duì)措施；發(fā)展方向

0.前言

隨著微電子、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)的飛速發(fā)展以及綜合自動(dòng)化程度的不斷提高，目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的智能儀表，其技術(shù)也同樣在過去的二十多年里得到了迅猛的發(fā)展。目前國(guó)外智能儀表占據(jù)了國(guó)際應(yīng)用市場(chǎng)的絕大比重，如何結(jié)合目前智能儀表的工業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)并快速跟蹤國(guó)際智能前沿技術(shù)應(yīng)用于我國(guó)智能儀表的開發(fā)研究成為振興民族智能儀器儀表的一大突出問題。

1.智能儀表的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)

1.1精度高

智能變送器具有較高的精度。利用內(nèi)裝的微處理器，能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量出靜壓、溫度變化對(duì)檢測(cè)元件的影響，通過數(shù)據(jù)處理，對(duì)非線性進(jìn)行校正，對(duì)滯后及復(fù)現(xiàn)性進(jìn)行補(bǔ)償，使得輸出信號(hào)更精確。一般情況，精度為最大量程的±0.1%，數(shù)字信號(hào)可達(dá)±0.075%。

1.2功能強(qiáng)

智能變送器具有多種復(fù)雜的運(yùn)算功能，依賴內(nèi)部微處理器和存儲(chǔ)器，可以執(zhí)行開方、溫度壓力補(bǔ)償及各種復(fù)雜的運(yùn)算。

1.3測(cè)量范圍寬

普通變送器的量程比最大為10：1，而智能變送器可達(dá)40：1或100：1，遷移量可達(dá)1900%和-200%，減少變送器的規(guī)格，增強(qiáng)通用性和互換性，給用戶帶來諸多方便。

1.4通信功能強(qiáng)

智能變送器均可實(shí)現(xiàn)手操器進(jìn)行操作，既可在現(xiàn)場(chǎng)將手操器插到變送器的相應(yīng)插孔，也可以在控制室將手操器連接到變送器的信號(hào)線上，進(jìn)行零點(diǎn)及量程的調(diào)校及變更。有的變送器具有模擬量和數(shù)字量?jī)煞N輸出方式（如HART協(xié)議），為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線通訊奠定了基礎(chǔ)。

1.5完善的自診斷功能

通過通信器可以查出變送器自診斷的故障結(jié)果信息。

智能儀表建立在微電子技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，超大規(guī)模集成電路的嵌入，將CPU、存儲(chǔ)器、A/D轉(zhuǎn)換、輸入/輸出等功能集成在一塊芯片上，甚至將PID控制組件也置入其中。加之現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用，智能儀表與控制系統(tǒng)之間的數(shù)字通訊將替代以往的模擬傳遞，大大提高了精度和可靠性，避免了模擬信號(hào)在傳輸過程中的衰減，長(zhǎng)期難以解決的干擾問題得到解決。此外，由于數(shù)字通訊，節(jié)省了大量電纜、安裝材料和安裝費(fèi)用。

2.我國(guó)智能儀表工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用現(xiàn)狀及應(yīng)對(duì)措施

2.1我國(guó)智能儀表的工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著大規(guī)模工業(yè)化裝置對(duì)安全運(yùn)行及自動(dòng)化控制水平要求的不斷提高，尤其是上世紀(jì)90年代后期DCS系統(tǒng)的應(yīng)用普及、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的快速發(fā)展、各種標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議的進(jìn)一步開放和完善，促使智能儀表在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域得到了更為廣泛和大規(guī)模的應(yīng)用。

首先，工業(yè)用戶對(duì)于能源及物耗成本的計(jì)量要求、控制精度的要求、減輕現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量（工藝操作和儀表維護(hù)）的要求無一例外的將擴(kuò)大智能儀表的應(yīng)用市場(chǎng)。

此外，儀表行業(yè)的自身發(fā)展已經(jīng)趨于智能化。這一點(diǎn)無論是中國(guó)還是全球，儀表產(chǎn)品的高科技化、高智能化已經(jīng)成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。

相比之下，國(guó)產(chǎn)智能化儀表無論是設(shè)計(jì)還是制造都明顯弱于國(guó)際先進(jìn)水平，國(guó)內(nèi)工業(yè)自動(dòng)化用戶在智能儀表的使用經(jīng)驗(yàn)方面也相對(duì)積累較晚、較少，智能儀表與現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用組合也還不多，這些現(xiàn)狀表明我國(guó)智能儀表的應(yīng)用還只是處于一個(gè)初級(jí)階段，而由此也帶來了相對(duì)較多的應(yīng)用問題。

2.2智能儀表應(yīng)用存在的問題及應(yīng)對(duì)措施

2.2.1環(huán)境因素及應(yīng)對(duì)措施

環(huán)境因素主要表現(xiàn)為來自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種干擾。具體來說，這些干擾源可劃分為：空間的電磁輻射、布線的干擾和控制系統(tǒng)內(nèi)部的干擾。上述干擾又通過以下途徑進(jìn)入系統(tǒng)：電源、輸入端子、輸出端子和空間輻射。

智能儀表工作環(huán)境復(fù)雜、惡劣，應(yīng)用空間存在各種干擾，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)當(dāng)綜合考慮各種可能因素，確定干擾性質(zhì)，采取相應(yīng)的抗干擾措施，合理有效地抑制干擾，使其高可靠地穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2.2人為因素及應(yīng)對(duì)措施

人為因素主要表現(xiàn)為選型、安裝及使用維護(hù)不當(dāng)所帶來的問題。所以，只要對(duì)癥下藥，做好選型、安裝及使用維護(hù)三個(gè)方面的工作，就可以從人為角度保障智能儀表的長(zhǎng)周期可靠運(yùn)行。

（1）選型應(yīng)對(duì)措施。

工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用實(shí)踐表明，智能儀表的故障率極低，較多故障來源于儀表的選型偏差，這就需要慎重考慮測(cè)量介質(zhì)的具體情況。以智能變送器為例，選型時(shí)的考慮重點(diǎn)是測(cè)量范圍是否合理、接液部分材質(zhì)是否滿足工藝介質(zhì)的腐蝕性要求、法蘭規(guī)格型號(hào)是否與工藝連接法蘭一致。

（2）安裝應(yīng)對(duì)措施。

舉例來說，實(shí)際應(yīng)用中我們可能會(huì)遇到需要伴熱、但裝置現(xiàn)場(chǎng)附近又不具備保溫蒸汽氣源的取壓點(diǎn)，若采用電伴熱，運(yùn)行成本又過高也不利安全。此時(shí)可以考慮就地安裝變送器，然后再結(jié)合簡(jiǎn)單的保溫處理。能夠采取這種方案的理由如下：一是智能變送器防護(hù)等級(jí)已達(dá)到IP67允許露天安裝，二是變送器型號(hào)齊全，可以選擇體積小、重量輕的外螺紋接口的智能壓力變送器。

（3）使用維護(hù)應(yīng)對(duì)措施。

目前智能變送器的精度大多都可達(dá)到±0.075%甚至±0.05%，量程比可達(dá)到40：1或100：1，但是變送器實(shí)際量程比過小，比如小于測(cè)量范圍的1/10，則實(shí)際測(cè)量精度將會(huì)大打折扣，從使用經(jīng)驗(yàn)來看，建議使用設(shè)置時(shí)，儀表實(shí)際量程應(yīng)大于測(cè)量范圍的1/5。

智能變送器要求使用與之配套的安全柵，當(dāng)使用未取得與其配套許可的安全善后，就可能出現(xiàn)諸多問題，如安全柵壓降過大，整個(gè)回路電壓可能不足以支撐變送器正常工作；安全柵沒有本安接地，造成大的共模干擾信號(hào)，導(dǎo)致智能變送器工作異常等。

2.2.3自身因素及應(yīng)對(duì)措施

自身因素即是指智能儀表本身的質(zhì)量問題。這種問題極其少見，只要選型得當(dāng)，正確審查、評(píng)定與優(yōu)選供應(yīng)商，這類問題基本上是容易避免的。

3.對(duì)于智能儀表技術(shù)及其應(yīng)用未來發(fā)展方向的建議

3.1智能儀表的智能化程度有待進(jìn)一步提高

智能儀表的智能化程度表征著其應(yīng)用的廣度和深度，目前的智能儀表還只是處于一個(gè)較低水平的初級(jí)智能化階段，但某些特殊工藝及應(yīng)用場(chǎng)合則對(duì)儀表的智能化提出了較高的要求，而當(dāng)前的智能化理論，如：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、小波理論、混沌理論等已經(jīng)具備潛在的應(yīng)用基礎(chǔ)，這就意味著我們有必要也有能力結(jié)合具體的應(yīng)用需要下大氣力開發(fā)高級(jí)智能化的儀表技術(shù)。

3.2智能儀表的穩(wěn)定性、可靠性有待長(zhǎng)期和持續(xù)的關(guān)注

儀表運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性是用戶首要關(guān)心的問題，智能儀表也不例外，隨著智能儀表技術(shù)的不斷拓展、新型的智能儀表也將陸續(xù)投放市場(chǎng)，這需要我們始終把握一個(gè)原則：每一項(xiàng)智能新技術(shù)的應(yīng)用有待實(shí)踐的檢驗(yàn)，是否用戶有信心和勇氣敢于做“第一個(gè)吃螃蟹的人”。這就需要安全性、可靠性技術(shù)的并行開發(fā)。

3.3智能儀表的潛在功能應(yīng)用有待最大化

目前工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用尚未將智能儀表的功能發(fā)揮最大化，而更多的只是應(yīng)用了其總體功能的半數(shù)左右，而這一應(yīng)用現(xiàn)狀的主要原因是，控制系統(tǒng)的總體架構(gòu)忽略了諸如現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，這需要儀表廠商與用戶建立良好的合作伙伴關(guān)系，加強(qiáng)長(zhǎng)期合作，以短期投資促長(zhǎng)期效益，通過建立“智能儀表+現(xiàn)場(chǎng)總線”的控制系統(tǒng)架構(gòu)，確立優(yōu)化的投資觀念，達(dá)成和諧共贏的目標(biāo)。

3.4繼續(xù)加大國(guó)內(nèi)智能儀表的開發(fā)投入

智能儀表技術(shù)及應(yīng)用還需要經(jīng)歷一個(gè)較為漫長(zhǎng)的成熟發(fā)展期，而對(duì)于國(guó)內(nèi)智能儀表技術(shù)及產(chǎn)品開發(fā)已經(jīng)面臨著更大的挑戰(zhàn)，這種局面召喚著國(guó)內(nèi)儀表行業(yè)共同探討智能儀表的發(fā)展問題，應(yīng)對(duì)激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)，擔(dān)負(fù)儀表產(chǎn)業(yè)的歷史使命，在日益優(yōu)厚的國(guó)家及政府扶持政策下，堅(jiān)持產(chǎn)、學(xué)、研的密切結(jié)合，繼續(xù)加大國(guó)內(nèi)智能儀表的開發(fā)投入，積聚力量，贏在明天！ [科]