芻議現代控制儀表的研究現狀與特點

摘 要：隨著控制技術的發展，控制儀表也在不斷進步，由傳統的模擬控制發展到現在的數字控制、網絡控制，控制儀表的裝置已經發生了較大改變，對其發展情況進行研究，分析探討控制儀表發展特點，對于促進現代控制系統發展具有重要的參考意義。

關鍵詞：控制儀表；研究現狀；發展特點

過程控制技術在現代工業發展中得到了廣泛應用，這門技術是推動工業自動化發展的重要技術，因而其設備和裝置發展也成為影響過程控制技術發展的重要因素，控制儀表作為控制系統應用中的關鍵設備，透過它技術人員能夠了解控制過程情況和相應生產過程工藝參數，因此有必要對控制儀表發展進行研究。

1 控制儀表發展現狀

控制儀表系統的發展是伴隨著控制技術發展進行的，主要經過了自力式儀表、基地式儀表、單元組合式儀表、集散式儀表等發展階段，而伴隨著科學技術的發展，現在廣為應用的是現場總線控制技術，將微處理裝置裝設到傳統控制儀表當中，使得控制儀表具有了現代通信能力，并通過現場總線技術將整個控制系統連成控制網絡結構，從而提升了控制儀表的自動化水平。而總線控制技術的發展是伴隨著現代經濟的發展出現的，是工業發展對生產技術的要求。

而根據控制儀表所用的能源裝置的不同，可以將控制儀表分為以下幾種類型，一類是氣動控制儀表，這類控制儀表是靠氣壓產生動力為維持儀表轉動的，其具有可靠性高和性能穩定的特點，且由于氣動控制儀表的動力來源不受電磁場的干擾，因而具有防爆穩定的優點，在實際應用中多用于大型裝置設備的周圍以保證和維持大型裝置設備的正常運作，提高整個系統的運行穩定性。所以即使在技術水平發展十分先進的今天，啟動控制儀表也還是有它存在的地位，對于維持控制系統運行正常具有重要作用；一類是液動控制儀表，其運作原理與氣動在本質上沒有太大區別，與氣動儀表一樣具有結構簡單、運行穩定安全等優點。但隨著遠程控制技術的日益發展，工業生產中的控制系統技術越來越復雜，基地式的氣動或液動控制儀表已經不能滿足控制技術發展的需求，這就推動了電動控制儀表的出現和發展。

電動控制儀表的動力主要來源于電力，所以與氣動和液動相比，其容易受電磁場的干擾影響，從而降低了控制系統的穩定性。但隨著微電子技術的出現，電動控制儀表在運行穩定性方面的問題也得到了解決，其穩定性上升，使得電動控制儀表在控制系統中的應用越來越廣泛。從原理上來看，主要可以將電動控制儀表分為兩類，一類是模擬式電動控制儀表，另一類是數字式電動控制儀表。

2 現代控制儀表的發展特點

從上面的概述中可以看出，目前在控制系統中應用更為廣泛的是電動控制儀表，而隨著控制儀表技術的發展，電動控制儀表的發展特點主要有以下幾點：

一是數字模擬系統的出現，這一系統采用模擬信號實現控制室其他設備與控制儀表之間的通信，是電動控制儀表中模擬式系統和數字式系統的混合，在控制儀表之間進行信號處理的是數字信號，但輸入是還是采用模擬信號進行輸入，而在控制設備和計算機以及控制設備之間卻是使用數字技術，因而很多控制系統都將其劃分為數字式電動儀表一類當中，包括FCS系統、PLC系統等等。隨著控制技術的發展，模擬電動控制儀表技術和數字電動控制儀表都在不斷向對方技術靠攏，像是模擬儀表中的DCS系統和數字儀表中的PLC系統，其所應用的技術都具有兩者兼有的影子。DCS系統已經具有較強的控制順序功能能，而PLC系統則在閉環控制的處理方面越來越突出，并且兩者在控制系統的應用范圍上也存在很大部分重合，因而在實際儀表控制系統的比較上，是將FCS和DCS進行比較。其中DCS系統主要是通信功能較為突出，其所具有的數據公路技術是實現控制儀表通信功能的關鍵，而數據公路技術也使得控制儀表的通信與其他系統技術相比，更加安全和靈活。數據公路主要是為控制系統中的部件提供通信網絡，以實現控制系統部件之間的通信，而在通信手段的應用上，則一般分為異步通信和同步通信，異步通信，顧名思義，兩者之間的通信并不是同時發生的，在時間上有先后之分。而同步通信則可借助時鐘信號來實現兩個部件之間的同步數據傳輸，提高了數據傳輸效率，因而在有條件的情況下，一般采用同步通信手段。總而言之，與模擬系統相比，數字通信系統能夠簡化儀表硬件結構，提高信號傳輸速度和精度，增加傳輸信息，因而數字模擬電動儀表是未來控制儀表的一個重要發展方向。

二是FCS系統的出現，上文所提到的FCS系統就是現場總線控制，現在對控制儀表系統的研究多是從DCS系統和現場總線控制入手，在上文中筆者已經介紹了DCS系統的特點，這里主要著重介紹一下現場總線控制系統，現場總線技術是上個世紀80年代出現的，是控制儀表技術發展的新階段。現代現場總線控制是通過現場總線將控制室設備與現場智能控制儀表連接起來，形成一種全新的數字式、開放式和分散式的控制系統。與DCS系統不同的是，現場總線系統與控制室之間的連接只通過一個接線盒完成，而DCS系統則將現場總線分為兩部分，一部分連接控制儀表和接線盒，而另一部分連接接線盒和控制室，這樣實現控制儀表與控制室設備之間的間接連接，而現場總線控制則是將連接控制儀表的總線集中到一起，通過一個接線盒直接與控制室設備相連接，其所應用的通信信號還是模擬信號，這種方式無疑提高了控制儀表與設備之間的連接效率，有利于全系統數字化的實現。

3 控制儀表的發展趨勢

從目前控制儀表的發展狀況來看，控制儀表在未來主要可以向以下幾個方向進行發展：一是向小型化DCS系統發展，由于DCS系統的運行效果較好，擁有的功能較多，因而能夠適應各類工業生產控制的應用。但就目前來看，其應用價格比較高，為了降低控制系統成本，可以向小型化DCS系統方向發展，以降低DCS系統成本，擴展DCS系統儀表的應用范圍；二是向更為先進的控制軟件研發方面發展。為了擴展控制儀表的應用范圍和應用市場，研發控制儀表的企業可以多開發一些能夠與控制儀表相匹配應用的控制軟件，提高應用廠家的生產自動化控制技術，從而推動控制儀表的發展；三是向智能化或專家系統方向發展，隨著智能技術和專家系統的應用范圍的擴展，越來越多的生產控制都在向智能化方向發展，因而控制儀表也可以將智能技術和專家系統引進到控制儀表系統的研發當中，提高控制儀表的智能化水平，以求控制儀表能夠發展呈人機界面良好，能夠為控制人員提供專業意見的控制專家系統。

4 結束語

隨著自動化控制技術的發展，控制儀表設備也將向自動化、智能化方向繼續發展，控制儀表作為控制系統中的重要設備，其技術水平的發展對于推動控制自動化和智能化發展具有重要影響。因而技術人員在發展控制自動化技術的同時也要注意提高控制儀表的自動化、智能化水平，以滿足各類生產部門對生產自動化的需求，推動工業生產技術的發展。

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作者簡介：林王堅（1979-），男，浙江永康人，工程師，主要從事火電廠脫硫脫硝研究和工程設計工作。