淺析自動化儀表控制系統技術

杜曉峰

（大慶石化工程有限公司，黑龍江 大慶 163714）

隨著技術的進步和人工智能的發展，設備中自動化儀表控制系統的地位越來越重要，嵌入式微計算機的應用改變了自動化儀表的結構概念和設計觀點，對系統發展也產生了較大影響。

1 自動化儀表控制系統的簡要介紹

自動化儀表控制系統是一個設備的神經中樞，發揮對設備是否正常運轉進行監測的作用，也可以為調整設備的基本技術參數提供參考。自動化儀表主要是由一些自動化元器件組成的，具備十分完善的自動化功能的一種技術工具。它通常同時具備好幾種功能，比如測量或者記錄、顯示、控制以及自動報警等。自動化儀表通常包括：流量、壓力、溫度等各種儀表、校驗儀表的壓力、熱工、標準等各種校驗儀表、還有就是數控、流量等儀表普遍用于石化、冶金、電力、科學研究以及國防等領域的自動化控制。自動化儀表控制系統是工業自動化系統的組成部分之一，自動化儀表發揮了對信息進行轉換的作用，可以將輸入信號轉變為輸出信號。信號能夠根據時間域或者頻率域進行表達，傳輸的信號能夠調制成連續性的模擬量或者是斷斷續續的數字量模式。

2 自動化儀表的總線化發展趨勢

過程控制系統自動化中的現場設備通常稱為現場儀表。現場儀表主要有變送器、執行器，在線分析儀表及其它檢測儀表。現場總線技術的廣泛應用，使組建集中和分布式測試系統變得更為容易。然而集中測控越來越不能滿足復雜、遠程及范圍較大的測控任務的需求，必須組建一個可供各現場儀表數據共享的網絡，現場總線控制系統(FCS)正是在這種情況下出現的。它是一種用于各種現場智能化儀表與中央控制之間的一種開放、全數字化、雙向、多站的通信系統。目前現場總線已成為全球自動化技術發展的重要表現形式，它為過程測控儀表的發展提供了千載難逢的發展機遇，并為實現進一步的高精度、高穩定、高可靠、高適應、低消耗等方面提供了巨大動力和發展空間。同時，各現場總線控制系統制造廠家為了使自己的現場總線控制系統(FCS)能得到應用，紛紛推出與其控制系統配套的具有現場總線功能的測量儀表和調節閥，形成了較為完整的現場總線控制系統體系。總而言之，總線化現場儀表功能豐富，在FCS中，幾乎不存在單一功能的現場儀表。

3 自動化儀表的網絡化發展趨勢

現場總線技術采用計算機數字化通信技術，使自動控制系統與現場設備加入工廠信息網絡，成為企業信息網絡底層，可使智能儀表的作用得以充分發揮。隨著工業信息網絡技術的發展，有可能不久將會出現以網絡結構體系為主要特征的新型自動化儀表，即IP智能現場儀表，如：基于嵌入式Internet的控制網絡體系結構，其特點是：首先Ethernet貫穿于網絡的各個層次，它使網絡成為透明的，覆蓋整個企業范圍的應用實體。它實現了真正意義上的辦公自動化與工業自動化的無縫結合，因而我們稱它為扁平化的工業控制網絡。其良好的互連性和可擴展性使之成為一種真正意義上的全開放的網絡體系結構，一種真正意義上的大統一。因此，基于嵌入式Internet的控制網絡代表了新一代控制網絡發展的必然趨勢，新一代智能儀表一IP智能現場儀表的應用將越來越廣泛。

4 自動化儀的開放性的發展趨勢

現在的測控儀器越來越多采用以WindoWS／CE、Linux、VxWork 等嵌入式操作系統為系統軟件核心和高性能微處理器為硬件系統核心的嵌入式系統技術，未來的儀器儀表和計算機的聯系也將會日趨緊密。Agilent公司表示儀器儀表設備上應當具備計算機的所有接口，如USB接口、打印機接口、局域網網絡接口等，測量的數據也應通過USB接口存儲在可移動存儲設備中，使用這樣的儀器儀表設備和操作一臺簡易電腦簡直是如出一轍。齊備的接口可連接多種現場測控儀表或執行器設備，在過程控制系統主機的支持下，通過網絡形成具有特定功能的測控系統，實現了多種智能化現場測控設備的開放式互連系統。

5 自動化儀表控制系統的發展方向

自動化儀表技術也隨著科技的發展而發展，對于儀器儀表有了更高的標準與要求。儀器儀表今后的發展方向是充分運用全新的工作原理以及選擇全新的材料和元件，比如運用超聲波、X射線、微波、遠紅外線、核磁共振成像以及激光等原理，運用不同的半導體敏感元器件、集成光路與電路、光導纖維等等。其最終目標是使得儀器儀表更加小型化，重量更輕、生產成本不斷降低以及更加有利于使用和維修等。此外，運用微機使得儀器儀表的性能不斷增強，使得儀器儀表的自動化與智能化程度以及處理數據的能力進一步提高。從而實現儀器儀表不但可以供單項使用，并且可以通過標準接口以及數據通道和計算機有效結合，構成不同的測控管理工作的綜合系統。

5.1 分布式控制系統的發展方向

分布式控制系統為一種全新的計算機控制系統，它是基于集中式控制系統逐步發展與演變出來的。它是主要由一個過程控制級以及過程監控級所構成的利用通信網絡作為其紐帶的系統，將現代計算機技術、現代通信技術、現代圖形顯示技術以及現代控制技術即4C技術進行綜合，其指導思想是集中操作與分散控制與集中操作、分級管理以及配置靈活等。

5.2 開放性控制系統的發展方向

當前的測控儀器愈來愈多使用嵌入式的操作系統核心軟件以及性能非常高的微處理的核心硬件系統的嵌入式系統技術，今后的儀器儀表以及計算機之間的相互聯系也會變得更加緊密，安捷倫公司認為儀器儀表等相關設備上都應該具有計算機的全部接口，比如打印接、UBS、局域網網絡等各種接口等，測量的結果也應當利用UBS接口保存到移動硬盤等可移動存儲設備中去，使用該設備就像操作一臺計算機一樣，接口齊全的話可以將現場的各種測控儀表或者相關執行器設備連接起來，在過程控制系統的主計算機的支持下，利用網絡形成具備特定功能的測量與控制系統，從而達到了對多種智能化現場測量與控制設備進行開放式的相互連接。

5.3 網絡化控制系統的發展方向

現場總線技術通過數字化的通信技術，從而使得自動控制系統和現場的相關設備連接到企業的信息網絡，當作企業信息網絡的底層，可以有效發揮智能儀表的作功能。由于工業信息網絡技術的快速發展，在不久的將來可能會產生以網絡結構體系為主的全新的自動化儀表，也就是IP智能現場儀表，比如建立在以嵌入式互聯網為基礎的控制網絡體系結構，其基本的特點是：Ethernet將貫穿到網絡的每一個層次，從而使得網絡變得更加透明，覆蓋到企業全部的運用范圍從而達到了實質意義上人工辦公和工業自動化辦公的完美融合，所以可以稱之為扁平化的工業信息控制網絡，其優良的互連性以及可擴展性使得該系統成為實質意義上的一種完全開放式的網絡體系結構，從而實現了實質意義上的大統一。

現代自動化儀表的智能化技術不但改變了儀表本身的性能，還影響到了控制網絡的體系結構，它不再是功能單一的同定結構，其適應性越來越強，功能也越來越豐富相信新一代的智能化儀器儀表將在計算機網絡技術支持下在各行各業得到越來越廣泛的應用。

[1]趙群，張翔，謝素珍，等.自動化儀表與控制系統的現狀與發展趨勢綜述[J].現代制造技術與裝備，2007.

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