工業儀表智能化技術的現狀及發展趨勢分析

【摘要】文章首先介紹工業儀表智能化技術的含義及特征，接著對現代工業儀表智能化技術的發展現狀進行闡述和分析，最后全面探討了工業儀表智能化技術的發展趨勢，對相關專業人員掌握及加強對智能儀表的專業知識有一定的現實意義。

【關鍵詞】工業儀表;智能;發展現狀;趨勢

工業儀表智能化技術是集計算機應用、自動控制、電子、自動化儀表等于一體的跨學科的專業技術。近年來，隨著微電子技術、計算機技術的高速發展，智能儀表在工業領域大量普及，呈現出生命力極強的發展前景。

一、工業儀表智能化技術概述

工業儀表“智能化”主要是采用超大規模集成電路和微處理器技術，使用嵌入式軟件將“人工智能”、“專家控制”等理論方法和技術運用到儀表內部操作中，以實現工業儀表自主完成某些測量任務，甚至在相關程序的指導下實施某個預定控制動作，能進行較為復雜的計算和誤差修正的數據處理。整體來說，即使得工業儀表擁有自主適應、自主學習、自主校正、自主協調、自主組織、自主修復等“擬人智能”的特性或功能。工業儀表智能化技術的應用，不僅能完成輸入信號的非線性、壓力與溫度的補償、零點錯誤、故障診斷、量程刻度標尺的變化等基本職能，還能在此基礎上實現對工業過程的控制，不斷拓展擴散控制系統的功能。這種以電子數字顯示形式出現的智能產品，提升儀表性能的同時還能通過網絡組成新型的過程來控制系統，更有利于信息通信。智能儀表具有科學自動的操作體系，是一個專用的微型計算機系統。通常情況下，硬件和軟件共同構成智能化儀表，其中信號的輸入通道、微控制器、標準通信接口、人機交換通道等構成智能化儀表典型的硬件部分。而軟件部分則主要包括接口管理程序、監控程序及數據處理程序三大部分。

工業儀表智能化技術所具有的特點如下：首先，開發性強，可靠性高。微處理器與智能儀表的有機結合能夠實現“硬件軟化”，使用軟件替代相關硬件來實現操作者想要的功能，需要對功能做出調整時，僅僅對程序做出適當改變便可。這就在一定程度上減少了元器件，降低了故障發生率，大大促進了儀表可靠性的提升。其次，性能好，精度高。其運算和邏輯判斷功能能夠有效的消除眾多因素引起的誤差，使得儀表的測量精度不斷提升。再次，具有友好的人機對話能力。通過鍵盤輸入命令能夠控制儀表的測量和處理功能。最后，具有可程控操作能力。GP -IB、RS232C、USB等通信接口的應用，使儀表與計算機結合起來，進而擁有可程控操作功能，便于完成更復雜的測試任務。

二、工業儀表智能化技術的發展現狀

20實際90年代，儀表的智能化特征突出表現出來，主要是：儀表的設計方面受飛速發展的微電子技術影響而有所創新;在此階段問世的DSP芯片加強了儀表的數字信號處理功能;具有強大數據處理能力的微型機的發展，更是便利了工業儀表的應用。此外大力增強和普及的圖像處理功能、得到廣泛應用的VXI總線等都彰顯出這一時期儀表的智能化特征。

近年來，儀表的智能化檢測控制功能得到全面的發展，國內生產和研究出越來越多的智能化測量監控儀表，比如，智能節流式流量計，通過自動進行差壓補償來實現流量的節省;在程序控溫方面有較大成就的智能多段溫度控制儀;在數字 PID和其他各項復雜控制規律上進行調節的智能式調節器;智能色譜儀能夠實現對各種譜圖的分析和數據處理等。而在國際上更是有眾多智能測量儀，比如產自美國HONEYWELL公司的DSTJ-3000 系列智能變送器、產自美國 RACA-DANA 公司的 9303 型超高電平表、產自美國 FLUKE 公司的超級多功能校準器 5520A、產自美國 FOXBORO 公司的數字化自整定調節器等。上述智能儀表中，智能變送器能夠實現差壓制狀態下的復合測量，自動補償變送器本體的溫度、靜壓等，具有精準度高的特點。9303 型超高電平表能夠使用微處理器減弱甚至消除電阻中電流流經時產生的一定量的熱噪聲。而超級多功能校準器 5520A更是在內部應用了三個微處理器，具有強大的穩定性及較完善的線性度。最后數字化自整定調節器巧妙的將專家系統技術運用到設計中，使得調節器能夠像經驗豐富的控制工程師一樣隨著現場參數的變化自主整定調節器。

三、工業儀表智能化技術的發展趨勢

總的來說，與傳統儀表相比，工業儀表智能化技術推動者現代儀表向新的方向發展，尤其是隨著計算機和智能機器的發展，進一步推動儀表呈現出虛擬化、網絡化、人工智能化發展趨勢。

（一）虛擬儀表

一般來說，測量儀器的三大功能為數據采集、數據分析和數據顯示，而在虛擬現實系統中，進行數據分析和數據顯示在一定程度上可以完全使用PC機上的軟件來替代，這也就是說，只要另外擁有相關數據采集硬件設備，就能通過這些設備與PC機進行聯合，共同組成全新的測量儀表。我們將這種基于PC機的測量儀器統稱為虛擬儀器。并且在虛擬儀器的使用過程中，針對相同的硬件系統，僅僅采取不同的軟件編程，就能享受到功能完全不一樣的測量儀表，以更好的完成測量。由此可見，虛擬儀器的核心便是其中完整的軟件系統，這便是另一個角度上將軟件視為儀器的現實依據。相對于傳統智能儀表中運用計算機技術的滲透特征，虛擬儀表強調在通用計算機的同時，采取措施更好的將儀器技術滲透到其中。軟件系統既身為虛擬儀器的核心，就需要它具有通用性、通俗性、可視性、可擴展性及升級性，以滿足為用戶謀取利益的基本要求，這就決定了虛擬儀表與傳統智能儀表相比更為前瞻的應用前景和市場。

（二）網絡化

現階段，隨著網絡和計算機技術的飛速發展和快速進步，工業控制和智能儀表系統設計領域越來越多的滲透著網絡技術，這些網絡技術自身含有的通訊功能能夠幫助智能儀表實現系統的構建，并且能夠在一定程度上對新的、初設計完成的智能儀表系統進行遠程升級、系統維護及相關功能重置等方面的保障。比如，由LATTICE半導體公司提出的In System Programming（在系統編程技術，簡稱ISP），作為一種對軟件進行修正、組態或者重組的最新技術，它能夠使人們在產品設計、制造、售后等每個階段都能組態或重組產品的器件、電板路甚至整個電子系統的邏輯和功能。相對于傳統技術中存在的一些限制和連接弊病，ISP運用先進技術予以消除，以更好的進行在板設計、制造和編程。此外，編程ISP不必像傳統儀表一樣需要專門的編程器及復雜的流程，這是因為ISP器件完全可以通過印刷電路板（PCB）進行處理，也可以通過PC機、 INTERNET 遠程網、嵌入式系統處理器等進行編制。

（三）人工智能化

作為計算機應用的一個全新的領域，人工智能旨在使用計算機來實現對某些人類所具有的獨特的智能進行模擬，就目前來說，人工智能主要涉及醫療診斷、機器人、專家系統、推理證明等領域，并隨著計算機技術和網絡技術的發展，逐漸向智能儀表研究和應用中滲透。智能儀表逐漸趨向人工智能化，其進一步發展將會或多或少的帶有一定的人工智能，就是說人工智能使得儀表在視覺、聽覺、思維等方面擁有一定的能力，進而替代人的一部分腦力工作。在這種情況下，即使沒人進行干預，智能儀器也能自發自主的完成檢測或控制功能。更為重要的是，在現代儀表中滲透人工智能，能夠使人們在面對傳統方法解決不了的難題時，有新的思路和方法。

四、結語

伴隨著微電子技術、計算機技術及測量控制技術等的不斷發展和彼此滲透，工業儀表智能化技術得到大量普及和發展，使得智能儀表極大的擴充了傳統儀表的應用范圍，表現出廣闊的發展前景。可以預見，不久的將來，社會各個領域都將迅速普及各種功能的智能儀表。

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作者簡介：

楊少明（1985—），男，山東煙臺人，鄭州大學碩士研究生，惠生工程（中國）有限公司設計中心工程師，主要研究方向：工業儀表。

王永瑞（1987—），男，河北唐山人，鄭州大學碩士研究生，惠生工程（中國）有限公司設計中心工程師，主要研究方向：工業供電。