儀表自動化應用發展趨勢探討

【摘 要】作為電氣工程自動化的分支之一的儀表自動化，隨著科學技術的快速發展，儀表自動化的水平不斷提高，并且在社會生產生活中，得到了廣泛應用。

【關鍵詞】儀表自動化；應用；發展

作為電氣工程自動化控制分支之一的儀表自動化，具有特殊性和重要性。第一，作為電氣系統測量以及顯示的重要儀器——儀表，是進行信息采集的重要工具之一。第二，只有做到對生產過程實施全過程監控，才可以保證工業設備的正常運行。第三，自動化儀表可以自動完成測量工作，并且記錄數據，控制設備，無需人員操作。自動化儀表的測量結果精確、顯示清晰、操作簡單、人為誤差小等優點，在生產生活中應用廣泛。

一、儀表自動化的發展歷程

儀表自動化的發展歷程是伴隨著科技發展而產生的，其發展離不開科技的進步，同時與計算機的發展緊密結合。在20世紀40年代，化工儀表自動化問世，其特點是體積大、精度低，主要作用是記錄一些人工無法觀測的數據例如：氣壓、溫度等。在20世紀60年代，隨著集成電路的發展，自動化儀表的發展方向為小體積、高性能、運算速度高、精度提高。同時由于第一臺計算機的面世，實現了采用計算機數據處理各種自動化方案。隨著新技術在生產中的應用，提高了成產量。20世紀70年代早期，由于科技革命，儀表自動化迅速發展，提高了生產功能。20世紀80年代至今，儀表自動化的發展方向是大規模集成化，模塊化、專業化。

二、自動化儀表的測試分類

在人們生活生產的方方面面，儀表發揮著重要作用，儀表分類的依據是需要測量的數據類型。（1）壓力儀表。壓力表是最早使用的壓力儀表，其工作原理是通過導壓管道連接壓力計，觀察生產過程各階段的壓力變化情況。壓力表分為壓力傳感器、壓力變送器和特種壓力儀等。在壓力表方面，儀表自動化的作用原理是壓力調節系統通過壓力變送器或者位移平衡式調節器把采樣信號送到DCS或控制芯片進行數據處理。保證在生產的全過程進行觀測，保證壓力不僅可以保證生產同時可以不損壞設備，保證工作人員的安全。在某些大型冶金單位的工序的作用的連續性強，此時面臨著現場的壓力儀表已經到了檢定時間，但是卻不可以停止作業造成的該項作業無法完成的困境，自動化的檢測儀表的優勢就體現的淋漓盡致。（2）溫度儀表。在生產中，溫度是生產的條件之一，因此，在生產中應該對溫度進行控制。最早使用的溫度儀表是熱電阻、熱電偶，隨著科技的進步，目前使用的溫度儀表是高集成度智能溫控系統，通過總線技術，分析處理輸入到電腦控制芯片的熱電阻、熱電隅或其它采溫設備的信號。（3）物位儀表。物位儀表的作用是測量原料或產品的液面位置，測試輸油管道中的液面位置，測量距離等。（4）流量流速儀表。物流儀表的功能是測量單位時間內流經有效截面的流體質量或體積是流速；進行管道里的流體流過的累計體積或質量測量。

三、儀表自動化的發展趨勢

儀表的發展方向是大規模集成化、專業化與模塊化發展。儀表自動化的前提是現代化儀表改成為自動化集成系統，其主要任務是數據的測量采集、處理、執行。（1）傳統的DCS逐漸由現代化的DCS代替。傳統的DCS逐漸由現代化的DCS所取代，是因為隨著計算機技術水平的大幅度發展和提高，以及現代化企業管理水平的大幅提高，導致傳統的DCS遠不能滿足現代企業信息迅速增加的需求，因此，傳統的DCS逐漸退出歷史的舞臺。儀表自動化的應用的發展方向是大系統綜合自動化，企業高效經營管理，實現生產控制自動化的工具之一是計算機集成系統進行生產控制，與此同時，計算機集成系統還可以將生產過程控制、通信網絡及信息管理融為一體，共享企業中的測量、控制預算管理數據，切實實現集成化以及一體化在過程控制、決策、優化與管理中，實現生產成本降低、能源消耗降低、生產效率提高，企業的市場競爭力提高的目標，保證企業使用日益變化的市場。（2）廣泛應用現場總線及現場總線控制系統。通信總線的作用是連接現場設備與自動化系統的全數字化、開放式線路，現場總線的特點是多分支結構，同時可以串行且雙向通信，將數字通信技術與儀表直接關聯。這樣就可以將中央DCS系統的大部分控制功能傳給現場的智能儀表，實現現場總線控制系統，亦可稱為FCS。該系統的優點為：實現測量和控制的一體化，分散控制切實可行，整體控制系統的可靠性大幅度提高，系統的調節品質得到提高。同時現場總線及現場總線控制系統的應用使得生產成品減低，儀表智能化、控制功能分散化以及控制系統的開放化得到大力的發展，這種發展模式是滿足工業控制系統技術的發展趨勢。（3）控制軟件的發展方向標準化、工程化和商品化。由先進的現代化控制理論指導的控制軟件的開發伴隨著計算機控制體系應用的高速發展而發展，并且取得了重大成效。先進的控制軟件隨著先進的控制技術以及控制理論的引入，逐漸發展成為標準化、工程化以及商品化的集成體，使得儀表自動化的發展越來越穩定、可靠、安全，這是由先進控制軟件具有諸多優點決定的，其優點具體表現為控制系統的控制能力大幅度提高，由系統自身的非線性、時變性、不穩定性以及外部擾動的隨機性和不可檢測性等帶來各種問題以及故障得到完善。

四、儀表自動化的發展趨勢的應對措施

（1）傳感器的應用。儀表中采集數據的單元式傳感器，是儀表的重要組成部分，自動化的發展方向由傳感器的發展引領，傳感器的發展與儀表自動化的發展方向有直接關系。隨著科技的發展，傳感器的發展方向是高度集成化、新技術高度集中。新技術包括激光技術，光控技術，核磁共振技術等，以及非線性，前饋和滯后等技術等在傳統的調節規律中的應用，滿足自動化儀表的要求。新材料的發展為傳感器的材質選擇提供了眾多選擇。為儀表的集成化、微型化提供了物質條件。例如：選用以硅為主體的半導體材料制造的光熱探測器的靈敏度以及精度都很高。（2）可編程控制器的應用。通常我們通過分析傳感器收集到的數據，然后根據設定的程序發出控制命令，稱之為可編程控制器，即PLC。在儀表自動化中，可編程控制器的應用表現為微處理器的應用，即硬件中的邏輯電路由軟件代替，軟件編程控制復雜電路的復雜功能代替硬件中控制和定時用的大套電路，達到簡化硬件電路結構的目的，同時使得儀表逐漸集成化、體積小。另外，由于可編程控制器的程序具有可擦寫功能使得儀表自動化的功能多樣化；同時還可以通過軟件改變儀表的測試功能以及數據的精度。（3）調節器的運用。調節器的發展方向是智能化。早在八十年代初期，伴隨著微處理器的不斷創新和發展，作為儀表自動化一部分的調節器的發展方向變為智能型數字式，儀表自動化中調節器的功能性大幅度提高的原因包括數字式的設定及其運算功能的加強，可同時輸入多種制式信號，PID自整定，EEPROM技術的運用等，同時伴隨著通信技術的不斷發展，在調節器中廣泛應用遙控和遙測技術，使得工業生產中的可控性提高，同時便于操作。

五、小結

伴隨著科技水平的進步，科技革新，我國工業儀表自動化在應用上大幅度提高，同時儀表自動化的應用也為我們帶來了重大的經濟效益。但是相對于國外先進的技術水平，我國的儀表自動化水平還是相對落后的，所以，我們應該學習外國的先進的技術和理論，不斷提高，并且根據我國工業生產的具體情況，不斷提高儀表自動化，為儀表自動化的發展提供更廣泛的領域。

參 考 文 獻

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