智能仪表在工业控制领域的应用探析

孙 颖 1，王 嵩 2，刘光宇 3，李 睿 3

（1.江苏万得电动车研究所有限公司，江苏 丹阳 212310；2.沈阳华晨宝马汽车有限公司，辽宁 沈阳110044；3.米其林沈阳轮胎有限公司，辽宁 沈阳 110141）

1 智能仪表的结构及原理

计算机及网络技术的发展使仪表技术行业智能化得以实现。智能仪表本质上是一种微机自动检测系统，是将人工智能的理论、方法和技术应用于仪表，使其具有类似人的智能特性或功能的仪表。为了实现这种特性或功能，智能仪表中一般都带有嵌入式微处理器(或数字信号处理器)及专用信号处理电路CASIC，仪表内部带有很强的智能软件。智能仪表已不再是简单的硬件实体，而是硬件、软件相结合，由硬件和软件两部分组成。智能仪表是具备测控功能的特殊微机系统，由于承担的任务、应用的场合不同，所以各种智能仪表的硬、软件系统差别很大。简单的只含几个芯片和少量程序，如井下压力计、温度显示调节器等；复杂的含大量芯片，丰富的软件和齐全的外设，甚至使用多个单片机；有的智能仪表的复杂程度甚至超过通用型个人计算机，如色谱质谱仪。尽管如此，由于它们都具有内藏处理器或单片机这一基本特征，因此在结构上仍然存在着一些共同之处，其典型结构由三个层次构成。智能仪表的工作原理：传感器采集被测参量的信息并转换成电信号，送入多路模拟开关：由单片机逐路选通模拟开关将各输入通道的信号逐一送人程控增益放大器，放大后的信号经A/D转换成相应的脉冲信号后送人单片机中，单片机根据仪器所设定的初值进行相应的数据运算和处理，运算的结果被转换为相应的数据进行显示和打印，同时单片机把运算结果与存储在片内设定参数进行运算比较后，根据运算结果和控制要求，输出相应的控制信号。

2 智能仪表的工业自动化应用特点分析

（1）系统可靠性强。智能仪表采用高可靠性的总线式开放系统，用户点数的增减是任意的，不受仪表台数，距离远近的限制，用户通过方便灵活的组态就可以实现。智能仪表作为系统中的各个控制单元，利用RS485作为现场通讯总线，采用简洁可靠的自有通讯协议，可在微机上实现l00%仪表操作功能。智能仪表工业调节器的参数调整功能除了可通过仪表面板上的按键来实现外，也可以选择计算机上的“仪表参数修改”来完成。计算机中的图表、报表的格式、报表的管理、操作员级别管理、数据的收集与管理、功能选择等都可由工程师来组态。

（2）自动化程度高。智能仪表系统可以取缔人工纪录或模拟式纪录，全部由计算机自动完成，并能按组态内容自动生成各种报表，自动化程度很高。而且公司的职能主管部门从网络计算机上就可以实时了解生产过程中各参数控制点、检测点的情况，对出现的异常现象可以马上进行纠正。对于网络上出现的突发事故，可以找出事故地点和事故原因，并及时处理，以保证网络正常运行。

（3）维护方便。智能仪表可以对信息数据接入中央监控室控制和管理，对于故障和异常能够快速的识别并处理。传统的开关柜需要配有多种模拟指针仪表及继电器，给生产、储存、维修带来极大不便，并且以人工直接操作为主，无法实现计算机智能管理，对于较为复杂的控制逻辑实现起来比较困难。采用智能电量监控仪表，所有测控单元直接下放到开关柜内。数据上传至各子站的主控单元进行处理存储、调配以及通信协议的转换，并通过光纤收发器接入星型结构光纤以太网，以实现中央监控室对各子站的集中监视、测量、控制和管理功能，提高了系统的可靠性以及方便日后的升级维护，并使系统安装接线工作减至最低，符合国际流行的分散分布式现场网络结构。

3 智能仪表技术及其应用的发展探讨

（1）智能化程度有待提高。智能仪表的智能化程度表征着其应用的广度和深度，目前的智能仪表还只是处于一个较低水平的初级智能化阶段，但某些特殊工艺及应用场合则对仪表的智能化提出了较高的要求。而当前的智能化理论，如:神经网络、遗传算法、小波理论、混沌理论等已经具备潜在的应用基础，这就意味着我们有必要也有能力结合具体的应用需要下大气力开发高级智能化的仪表技术。

（2）可靠性有待增强。仪表运行的稳定性、可靠性是用户首要关心的问题，智能仪表也不例外。随着智能仪表技术的不断拓展、新型的智能仪表也将陆续投放市场，准确性、稳定性、可靠性是工业现场仪表的三项重要指标，三者是紧密联系的，其中可靠性最为重要。没有可靠性，准确性、稳定性就无从谈起。因此，可靠性是智能仪表整体设计的关键，从用户的角度看，它是产品质量的体现；从设计者的角度看，它是产品软、硬件设计水平的综合表现。所以，可靠性一直是设计者追求的目标。由于以单片机为核心的智能仪表步入工业现场，仪表行业发生了巨大变革，仪表的测量精度提高，功能加强，特别是智能仪表的通信能力，为现代工业控制系统提供了坚实的基础。

（3）功能有待强化。目前工业自动化领域的实际应用尚未将智能仪表的功能发挥最大化，而更多的只是应用了其总体功能的半数左右。而这一应用现状的主要原因是，控制系统的总体架构忽略了诸如现场总线的技术优势，这需要仪表厂商与用户建立良好的合作伙伴关系，加强长期合作，以短期投资促长期效益，通过建立“智能仪表+现场总线”的控制系统架构，确立优化的投资观念，达成和谐共赢的目标。

[1]郭海峰.浅谈CAN总线在智能仪表中的应用[J].科技资讯，2010，（22）.

[2]薛鹏.智能仪表及控制装置在发电厂中的应用[J].新疆工业技术，20l0，（2）.