儀表自動(dòng)化的運(yùn)用及發(fā)展趨勢(shì)

【摘要】儀表自動(dòng)化是電氣工程及自動(dòng)化的一個(gè)分支，電氣技術(shù)的不斷發(fā)展也推動(dòng)了儀表自動(dòng)化的發(fā)展進(jìn)度，本文結(jié)合社會(huì)生產(chǎn)實(shí)際需求闡述了儀表自動(dòng)化的應(yīng)用，并對(duì)儀表自動(dòng)化的發(fā)展進(jìn)行了展望，對(duì)于我國電氣工程及自動(dòng)化的發(fā)展奠定了一定的理論基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】儀表;自動(dòng)化;電氣 ;發(fā)展;展望

1.引言

儀表自動(dòng)化是電氣工程自動(dòng)化控制下的一個(gè)專業(yè)分支，其有著自己的重要性和特殊性。儀表是電氣系統(tǒng)中信息采集的關(guān)鍵部分。在實(shí)際社會(huì)生產(chǎn)中只有通過對(duì)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控才能確保工業(yè)設(shè)備的正常運(yùn)行，儀表自動(dòng)化就是在無人操作的情況下依靠儀表自動(dòng)完成相關(guān)生產(chǎn)的測(cè)量，記錄并以據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，并且在某些特殊場(chǎng)合還可以把測(cè)試數(shù)據(jù)利用遠(yuǎn)距離傳送到異地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。在設(shè)備要求上，工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的自動(dòng)控制需要依賴高性能儀器，儀表對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量和顯示，才能對(duì)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的有效控制。

2.自動(dòng)化儀表的分類

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化儀表已經(jīng)應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)各個(gè)領(lǐng)域。在工業(yè)化生產(chǎn)中，我們可以按照需要測(cè)量的數(shù)據(jù)類型對(duì)自動(dòng)化儀表進(jìn)行分類，其分類情況如下：

2.1 壓力儀表

在工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展中，有些生產(chǎn)工藝為了達(dá)到生產(chǎn)需求需要讓材料在高壓的情況下發(fā)生變化，在我國最早采用的是導(dǎo)壓管道連接壓力計(jì)來觀察生產(chǎn)過程中不同階段的壓力變化。但是在生產(chǎn)過程中也可能產(chǎn)生壓力，如果無法對(duì)其有所觀測(cè)則可能損壞生產(chǎn)設(shè)備，更嚴(yán)重的是可能導(dǎo)致人員的傷亡。按測(cè)試原理分類，壓力儀表又可以分為特種壓力儀、壓力傳感器和壓力變送器等，在壓力測(cè)試方面，儀表自動(dòng)化的運(yùn)用就是通過調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，利用壓力變送器或位移平衡式調(diào)節(jié)器把采樣信號(hào)送到DCS或控制芯片中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2.2 溫度儀表

在一定的溫度或者壓力下物質(zhì)會(huì)發(fā)生化學(xué)或者物理反應(yīng)，所以在循環(huán)或傳送一些氣相或液相物質(zhì)時(shí)必須對(duì)其溫度進(jìn)行監(jiān)控，熱電阻、熱電偶是以前最常用的測(cè)溫儀器。近幾年隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了集成度很高的智能溫控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用總線技術(shù)，把熱電隅、熱電阻或其它采溫設(shè)備（例如溫度探頭）的信號(hào)輸入到微電腦控制芯片，對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行處理。

2.3 物位儀表

在化工生產(chǎn)中經(jīng)常用到物位自動(dòng)儀表來對(duì)原料或產(chǎn)品的液面位置進(jìn)行測(cè)量;在輸油管道中也可以用來測(cè)試液面位置;在鐵道電氣化工程接觸網(wǎng)的安裝工程中可以利用激光測(cè)距儀來測(cè)量接觸網(wǎng)導(dǎo)線的拉出值（導(dǎo)線相對(duì)于鐵軌中心線的距離）。由上述可以看出物位儀表在實(shí)際生產(chǎn)中的運(yùn)用是很廣泛的。

2.4 流量流速儀表

流速的定意是單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)有效截面的流體質(zhì)量或體積，流量流速儀表是用來測(cè)量管道里的流體流過的累計(jì)體積或質(zhì)量。這種儀表在工業(yè)生產(chǎn)中除在溫度、壓力儀表之外運(yùn)用較多的一種儀表。

3.儀表自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)

隨著電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新，目前的自動(dòng)化儀表必將不能滿足未來的電氣發(fā)展。未來自動(dòng)化儀表必將向著模塊化、大規(guī)模集成化與專業(yè)化發(fā)展。儀表自動(dòng)化的前提是將現(xiàn)代化儀表改成自動(dòng)化集成系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要任務(wù)是測(cè)量、采集、處理、執(zhí)行相關(guān)的數(shù)據(jù)。儀表自動(dòng)化將向著如下的趨勢(shì)發(fā)展：

（1）現(xiàn)代化的DCS必將取締傳統(tǒng)的DCS

之所以現(xiàn)代化的DCS取締傳統(tǒng)的DCS，是因?yàn)殡S著計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的大幅度提高和發(fā)展，以及現(xiàn)代化企業(yè)管理機(jī)制的不斷完善，導(dǎo)致傳統(tǒng)的DCS遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代企業(yè)信息迅速增加的需求。因此，傳統(tǒng)的DCS必將逐漸退出歷史的舞臺(tái)。儀表自動(dòng)化必然向著大系統(tǒng)綜合自動(dòng)化方向發(fā)展。利用計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)控制是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)控制自動(dòng)化的工具之一。與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)還可以將通信網(wǎng)絡(luò)、信息管理及生產(chǎn)過程控制融為一體，共同分享企業(yè)中的控制預(yù)算管理、測(cè)量數(shù)據(jù)，真正意義上實(shí)現(xiàn)以一體化及集成化在過程控制、決策、優(yōu)化與管理中，實(shí)現(xiàn)降低生產(chǎn)成本，降低能源消耗，提高生產(chǎn)效率，提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭力的目標(biāo)，保證企業(yè)適應(yīng)日益變化的市場(chǎng)。

（2）應(yīng)該大力發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)總線及現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)

通信總線的作用是連接自動(dòng)化系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的開放式、全數(shù)字化線路。現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)是多分支結(jié)構(gòu)，同時(shí)可以串行且雙向通信，將數(shù)字通信技術(shù)與儀表直接關(guān)聯(lián)，這樣就可以將中央DCS系統(tǒng)的大部分控制功能傳給現(xiàn)場(chǎng)的智能儀表，構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，也可稱為FCS。FCS系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)測(cè)量和控制的一體化，可以實(shí)現(xiàn)分散控制，大幅度提高整體控制系統(tǒng)的可靠性，提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。與此同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用能減低生產(chǎn)成品。控制功能分散化、控制系統(tǒng)的開放化以及儀表智能化都能得到大力的發(fā)展，這種發(fā)展模式才能滿足工業(yè)控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

（3）控制軟件向著工程化、商品化和標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展

由先進(jìn)的現(xiàn)代化控制理論指導(dǎo)的控制軟件的開發(fā)伴隨著計(jì)算機(jī)控制體系應(yīng)用的高速發(fā)展而發(fā)展，并且取得了重大成效。隨著先進(jìn)的控制技術(shù)以及控制理論的引入，先進(jìn)的控制軟件也被開發(fā)出來并逐漸發(fā)展成為工程化、商品化以及標(biāo)準(zhǔn)化的集成體，使得儀表自動(dòng)化的發(fā)展越來越安全、穩(wěn)定、可靠，這是由先進(jìn)控制軟件具有諸多優(yōu)點(diǎn)決定的，其優(yōu)點(diǎn)具體表現(xiàn)為控制系統(tǒng)的控制能力大幅度提高，由系統(tǒng)自身的不穩(wěn)定性、非線性、時(shí)變性以及外部擾動(dòng)的隨機(jī)性和不可檢測(cè)性等帶來各種問題以及故障得到一定程度的解決。

4.總結(jié)語

隨著科技的不斷進(jìn)步，我國工業(yè)儀表自動(dòng)化在應(yīng)用上也得到了大幅度提高，同時(shí)儀表自動(dòng)化的應(yīng)用也為我國工業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。但是相對(duì)于國外先進(jìn)的技術(shù)水平，我國的儀表自動(dòng)化水平還是相對(duì)落后的。所以，我們應(yīng)該學(xué)習(xí)外國的先進(jìn)的理論和技術(shù)，不斷完善理論基礎(chǔ)，不斷提高科學(xué)技術(shù)，并且根據(jù)我國工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，不斷提高儀表自動(dòng)化水平，不斷開拓儀表自動(dòng)化的發(fā)展領(lǐng)域。

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作者簡介：劉銳華，男，畢業(yè)于江漢石油學(xué)校儀表自動(dòng)化專業(yè)，中石化石油工程機(jī)械有限公司第四機(jī)械廠電控分廠工程師，主要從事電器和電路設(shè)計(jì)。