自動化儀表新興技術的應用研究

蘇佳妮

摘 要：隨著科學技術的不斷發展自動化儀表也隨著朝著數字化、網絡化、智能化的方向發展，本文分別從智能化技術、通訊網絡技術、新型元件技術三個方面分析了自動化儀表新技術的發展及應用，對新興自動化儀表技術有一定的推廣作用，也為相似的工程實踐提供了參考和借鑒。

關鍵詞：智能化；通訊；新型；自動化儀表

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.227

0 引言

近年來智能技術、通信技術、電子技術得到了飛速發展，這些新技術的發展使傳統的自動化儀表行業受到較為廣泛的影響。在眾多新興技術中智能化、網絡化、新型元件對自動化儀表行業的發展產生了較為重要的影響，本文以此三方面影響為基礎，介紹了新興技術對自動化儀表行業的影響以及在自動化儀表行業的應用。

1 智能化技術

智能化技術對自動化儀表的影響可從兩方面分析，首先工業生產現場的自動化儀表增加大量的執行器、傳感器和數字化通信接口，大大提高數據的安全性和可靠性；另外嵌入式技術將微型芯片技術嵌入到自動化儀表中，使自動化儀表的處理能力得到較大改觀。

隨著智能化技術的不斷發展，以Intel的80X86系列、Motorola的68000系列、8051內核系列為代表的傳統自動化儀表處理器逐步被32位RISC處理器所代替，32位RISC處理器具有低功耗、高性能等優點，可以較好的迎合現代化工業生產對自動化儀表的要求。嵌入式操作系統具有代碼少、硬實時、搶先多任務等功能，并能夠使網絡協議、圖形得到擴展。因此采用嵌入式操作系統可實現將越來越復雜的程序得到合理安排，縮短開發周期，降低開發難度。

2 通訊網絡技術

傳統的自動化儀表通信標準主要有RS-232C， RS-485等等，網絡通訊技術的發展對工業自動化儀表的通訊產生了深遠影響。使工業自動化儀表有了更高的操作性和可靠性，更豐富的信息，更高的通信速率。可見新的通信技術為通訊標準的形成奠定了良好的基礎。通訊技術的不斷發展，逐步克服了工業以太網實時性差，適應工業生產環境差，抗干擾能力差，不能通過信號線向現場設備供電等缺點。近年來工業以太網采用非屏蔽雙絞線、屏蔽雙絞線或光纖通信提高通訊的抗干擾能力，采用高速背板交換或微處理器交換提高通訊的響應時間，采用交換機接入網絡的節點避免各節點的沖突。工業以太網具有使控制網絡和企業信息網絡高度統一，滿足控制系統網絡各層次的要求，與互聯網通訊方便等優點。

另外，應用于工業生產過程的實現控制裝置與現場設備多節點、雙向、串行通訊網絡的現場總線技術具有現場設備智能化、互可操作性、系統的開放性、系統結構的高度分散性和對現場環境的適應性、數字信號傳輸等優點。現場總線將在特定的工業生產領域中，多種現場總線并存，每種現場總線實現不同功能。例如在HART儀表協議中采用了Bell202標準的FSK頻移鍵控技術疊加幅度為0.5mA 的正弦調制波到4～20mA的模擬信號中，可實現模擬信號與數字通信的兼容。在現場變送器中供電是4～20mA信號，實現這一功能是通過智能變送模塊的低功耗技術，又因HART 通信要求在電源線上疊加±0.5mA的FSK信號，可見變送器的耗電在3.5mA～4.5mA之間。這就以低耗能芯片實現了合理的電源管理電路，為工業生產提供了便利。

3 新型元器件技術

隨著技術不斷更新工程科技人員推出了各種新型元器件，例如存儲技術、光電技術、微電子技術使傳統的儀表得到更新換代，這樣使性能高、價格低、使用便利的元器件在自動化儀表行業中得到廣泛應用。

采用頻率高達100kHz的TOP管作為高頻開關管，這就實現了開關電源替代傳統傳統的自動化儀表中的模擬電源，克服了輸入電壓適應性差、效率低等缺點。可見開關電源在自動化儀表實現了頻率高、輸入電壓適應范圍廣（交流輸入85～265V），過壓、過流保護和抗干擾能力強，輸出電壓紋波達到高要求等優勢。基于功率開關管和磁性材料的超小型小功率DC/DC模塊也在自動化儀表中得到廣泛應用，可實現電壓的隔離和變換。在工業自動化儀表生產現場此項技術具有諸多優點。比如適應工作環境溫度范圍廣；元器件發熱量小，使用頻率高；由于采用了變壓器隔離，隔離電源高，大大提高了抗干擾能力；元器件的平均故障間隔極高，提高了設備的可靠性；另外采用DIP封裝，元器件體積小，完全適應自動化儀表的窄空間范圍要求。可見在自動化儀表中應用DC/DC模塊具有提高了設備的性價比、高效性、可靠性等等。

近年來Flash存儲器得到廣泛發展，逐步替代了在傳統自動化儀表行業使用的RAM 和ROM兩種存儲器。與傳統的兩種存儲器相比，Flash存儲器具有快速擦除，并且存儲器的重復次數可高達10萬次，存儲器的斷電保存時間高達10年以上；Flash存儲器不僅可讀，也可以受保護的寫等等。可見Flash存儲器的諸多優點使其在自動化儀表行業得到廣泛應用，極大提高了工業生產的自動化過程。

4 結束語

科技在不斷更新，大量新技術應用在自動化儀表行業，使傳統的自動化儀表不斷升級，朝著智能化、網絡化、數字化方向發展。本文中簡單介紹了智能化技術、通訊技術、新型元器件在自動化儀表行業的廣泛應用，極大提高了工業生產過程的效率，使我們意識到新興技術對自動化儀表行業的發展的重要性。相信隨著技術的不斷更新，自動化儀表行業會有更智能、更高效的未來。

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