智能儀表在工業控制領域的應用探析

孫 穎 1，王 嵩 2，劉光宇 3，李 睿 3

（1.江蘇萬得電動車研究所有限公司，江蘇 丹陽 212310；2.沈陽華晨寶馬汽車有限公司，遼寧 沈陽110044；3.米其林沈陽輪胎有限公司，遼寧 沈陽 110141）

1 智能儀表的結構及原理

計算機及網絡技術的發展使儀表技術行業智能化得以實現。智能儀表本質上是一種微機自動檢測系統，是將人工智能的理論、方法和技術應用于儀表，使其具有類似人的智能特性或功能的儀表。為了實現這種特性或功能，智能儀表中一般都帶有嵌入式微處理器(或數字信號處理器)及專用信號處理電路CASIC，儀表內部帶有很強的智能軟件。智能儀表已不再是簡單的硬件實體，而是硬件、軟件相結合，由硬件和軟件兩部分組成。智能儀表是具備測控功能的特殊微機系統，由于承擔的任務、應用的場合不同，所以各種智能儀表的硬、軟件系統差別很大。簡單的只含幾個芯片和少量程序，如井下壓力計、溫度顯示調節器等；復雜的含大量芯片，豐富的軟件和齊全的外設，甚至使用多個單片機；有的智能儀表的復雜程度甚至超過通用型個人計算機，如色譜質譜儀。盡管如此，由于它們都具有內藏處理器或單片機這一基本特征，因此在結構上仍然存在著一些共同之處，其典型結構由三個層次構成。智能儀表的工作原理：傳感器采集被測參量的信息并轉換成電信號，送入多路模擬開關：由單片機逐路選通模擬開關將各輸入通道的信號逐一送人程控增益放大器，放大后的信號經A/D轉換成相應的脈沖信號后送人單片機中，單片機根據儀器所設定的初值進行相應的數據運算和處理，運算的結果被轉換為相應的數據進行顯示和打印，同時單片機把運算結果與存儲在片內設定參數進行運算比較后，根據運算結果和控制要求，輸出相應的控制信號。

2 智能儀表的工業自動化應用特點分析

（1）系統可靠性強。智能儀表采用高可靠性的總線式開放系統，用戶點數的增減是任意的，不受儀表臺數，距離遠近的限制，用戶通過方便靈活的組態就可以實現。智能儀表作為系統中的各個控制單元，利用RS485作為現場通訊總線，采用簡潔可靠的自有通訊協議，可在微機上實現l00%儀表操作功能。智能儀表工業調節器的參數調整功能除了可通過儀表面板上的按鍵來實現外，也可以選擇計算機上的“儀表參數修改”來完成。計算機中的圖表、報表的格式、報表的管理、操作員級別管理、數據的收集與管理、功能選擇等都可由工程師來組態。

（2）自動化程度高。智能儀表系統可以取締人工紀錄或模擬式紀錄，全部由計算機自動完成，并能按組態內容自動生成各種報表，自動化程度很高。而且公司的職能主管部門從網絡計算機上就可以實時了解生產過程中各參數控制點、檢測點的情況，對出現的異常現象可以馬上進行糾正。對于網絡上出現的突發事故，可以找出事故地點和事故原因，并及時處理，以保證網絡正常運行。

（3）維護方便。智能儀表可以對信息數據接入中央監控室控制和管理，對于故障和異常能夠快速的識別并處理。傳統的開關柜需要配有多種模擬指針儀表及繼電器，給生產、儲存、維修帶來極大不便，并且以人工直接操作為主，無法實現計算機智能管理，對于較為復雜的控制邏輯實現起來比較困難。采用智能電量監控儀表，所有測控單元直接下放到開關柜內。數據上傳至各子站的主控單元進行處理存儲、調配以及通信協議的轉換，并通過光纖收發器接入星型結構光纖以太網，以實現中央監控室對各子站的集中監視、測量、控制和管理功能，提高了系統的可靠性以及方便日后的升級維護，并使系統安裝接線工作減至最低，符合國際流行的分散分布式現場網絡結構。

3 智能儀表技術及其應用的發展探討

（1）智能化程度有待提高。智能儀表的智能化程度表征著其應用的廣度和深度，目前的智能儀表還只是處于一個較低水平的初級智能化階段，但某些特殊工藝及應用場合則對儀表的智能化提出了較高的要求。而當前的智能化理論，如:神經網絡、遺傳算法、小波理論、混沌理論等已經具備潛在的應用基礎，這就意味著我們有必要也有能力結合具體的應用需要下大氣力開發高級智能化的儀表技術。

（2）可靠性有待增強。儀表運行的穩定性、可靠性是用戶首要關心的問題，智能儀表也不例外。隨著智能儀表技術的不斷拓展、新型的智能儀表也將陸續投放市場，準確性、穩定性、可靠性是工業現場儀表的三項重要指標，三者是緊密聯系的，其中可靠性最為重要。沒有可靠性，準確性、穩定性就無從談起。因此，可靠性是智能儀表整體設計的關鍵，從用戶的角度看，它是產品質量的體現；從設計者的角度看，它是產品軟、硬件設計水平的綜合表現。所以，可靠性一直是設計者追求的目標。由于以單片機為核心的智能儀表步入工業現場，儀表行業發生了巨大變革，儀表的測量精度提高，功能加強，特別是智能儀表的通信能力，為現代工業控制系統提供了堅實的基礎。

（3）功能有待強化。目前工業自動化領域的實際應用尚未將智能儀表的功能發揮最大化，而更多的只是應用了其總體功能的半數左右。而這一應用現狀的主要原因是，控制系統的總體架構忽略了諸如現場總線的技術優勢，這需要儀表廠商與用戶建立良好的合作伙伴關系，加強長期合作，以短期投資促長期效益，通過建立“智能儀表+現場總線”的控制系統架構，確立優化的投資觀念，達成和諧共贏的目標。

[1]郭海峰.淺談CAN總線在智能儀表中的應用[J].科技資訊，2010，（22）.

[2]薛鵬.智能儀表及控制裝置在發電廠中的應用[J].新疆工業技術，20l0，（2）.