仪表自动化的应用及发展趋势研究

李卫国

摘要：随着我国工业化水平的不断提高，化工仪表自动化越来越受关注，化工自动化仪表应用越来越广泛。本文阐述了仪表自动化的应用及发展趋势。

关键词：自动化仪表；应用；发展

一、自动化仪表控制系统的介绍

自动化仪表控制系统是设备的神经中枢，起到了监测设备正常运转的作用，也能够为调整设备的主要参数作出参考。 一般来说，自动化仪表是由若干自动化元件构成的，具有较完善功能的自动化技术工具。它一般同时具有数种功能，如测量、显示、记录、控制、报警等。自动化仪表主要分为：流量仪表、温度仪表、压力仪表、校验仪表的热工仪表、压力仪表、标准校验仪表、数控仪表、流量仪表广泛使用在石油、化工、电力、冶金、科研以及国防等行业 的自动化控制过程中。自动化仪表控制系统是自动化系统的一部分，自动化仪表主要起到了信息转换的功能，能够将输入信号转换成输出信号。信号可以按时间域或频率域表达，信号的传输则可调制成连续的模拟量或断续的数字量形式。

二、自动化仪表的发展特点

随着计算机技术的发展和进步， 自动化仪表也取得了巨大的进步，仪器仪表在实现过程自动化、测量结果的数据处理及系统控 制等多方面取得进展。

进入新世纪以来 ，一些高准确度、高性能 、多功能的测量仪器都开始嵌入微处理器。仪表实现了智能化、网络化、总线化与开放 性我国的自动化仪表取得了巨大的进步，虽然总体与国外先进技术上有一定的差异，但是在一些领域也取得国际领先水平。在工业自动化仪表方面， 近年来温度仪表的重要进展主要体现在红外热像仪的应用迅速扩大。国产低端压力变送器和带热功能的压力变送器近年来也发展很快，品种多、规格全、价格低，在市场上已经很具竞争力。控制阀行业近年来的进展是显著的，产品"跑冒滴漏"现 象得到很大改进，不少产品质量达到国外主流产品水平。在控制系统方面，进展令人鼓舞。

三、自动化仪表控制系统的发展趋势

科学技术的进步不断对仪器仪表提出更高更新的要求。自动化仪表技术也取得了不断的进步。仪器仪表的发展趋势是不断利用新的技术水平和采用新材料及新的元器件。自动化仪表技术包括信息采集、处理和应用。“企业信息化”实际上是企业信息的集成和整合。为此，必须用自动化和系统的信息模型“简化”、“规则”和“抽象”信息，以便最有效地利用信息。这是自动化仪表领域的一项基础工作，也是统一信息表达的重要手段。

近10年自动化仪表技术发展的重要领域——现场总线技术的发展虽然取得了显著成就，但是在应用方面大体上还处在替代模拟传输线的阶段。实际上现场总线不仅仅是信号制式的改变，它是为控制技术的信息化提供基础的。用户对系统底层信息化（控制、诊断、管理）改造的需求是现场总线技术推广的原始动力。近些年来现场总线在设备资产管理、预测诊断和平稳操作等方面的潜力开始被挖掘出来，显现了极富发展前景的势头。

但是基于现场总线技术的网络化控制和分布式只智能技术，到目前无论在理论上还是在实践上都未出现显著突破：而现场总线的速度瓶颈是的在复杂控制和快速响应方面有时还不如传统仪表：持续多年的现场总线之争至今在制造商中没有赢家，又使用户普通感觉厌倦，极大地消耗了各企业发展的资源。

国际上反映自动化仪表产品动向的几个重要窗口：以ISA EXPO、Miconix等为代表的国际仪表展览，以Readers Choice Award（读者选择奖）为代表的奖项。从近3年的读者选择奖看，获奖产品变化不多。自动化仪表今年发展的重点在仪表的应用方面。

这种发展趋势的变化是很自然的，数字化、智能化仪表和系统经过近10年的告诉发展，在应用方面积累了一些问题，智能仪表设计的许多创新功能也未得到充分的应用。主要问题有以下几点。

（1）数字仪表和系统的信息保密和安全问题

（2）微程序和软件的可靠性问题。

（3）通信的保密、安全和可靠性问题。

（4）智能仪表在运行时是可以与控制系统互动的以及如何进行互动。

（5）智能仪表提供了远比模拟仪表多的信息以及如何充分利用这些信息。

（6）众多智能仪表的可互操作问题。

（7）仪表和系统的故障诊断以及故障诊断信息的可互操作问题等。

上述问题都是由于数字化和网络化而产生的，并不是现有技术无法解决这些问题，只是可选的解决方案太多，而统一的解决方案才是最有效的。而如何统一是当前正在研究的。

1、分布式控制系统的发展趋势

DCS 是分布式控制系统的英文缩写 （DistributedControlSys-tem），在国内自控行业又称之为集散控制系统。即所谓的分布式控制系统，或在有些资料中称之为集散系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统， 它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为 纽带的多级计算机系统 ，综合了计算机 ，通信 、显示和控制等 4C 技术 ，其基本思想是分散控制 、集中操作 、分级管理、配置灵活以及组态方便。 国产 DCS 系统已经进入大型超临界火电机组控制系统。

2、开放性控制系统的发展趋势

现在的测控仪器越来越多采用以 windows/CELinuxVxWorks 等嵌入式操作系统为系统软件核心和高性能微处理为硬件系统核心的嵌入式系统技术，未来的仪器仪表和计算机的联系也将会日趋紧密 ，Agilent 公 司 表 示 仪 器 仪 表 设 备 上 应 当 具 备 计 算 机 的所有接口，如 UBS 接口打印机接口局域网网络接口等，测量的数据也应通 过 UBS 接口存储在可移动存储设备中，使用这样的仪器仪表设备和操作一台简易电脑简直是如出一辙齐备的接口可连接多种现场测控仪表或执行器设备，在过程控制系统主机的支持下，通过网络 形成具有特定功能的测控系统，实现了多种智能化现场测控设备的开放式互连系统

3、网络化控制系统的发展趋势

现场总线技术采用计算机数字化通信技术，使自动控制系统与现场设备加入工厂信息网络，成为企业信息网络底层，可使智能 仪表的作用得以充分发挥随着工业信息网络技术的发展， 有可能不久将会出现以网络结构体系为主要特征的新型自动化仪表 ，即 IP 智能现场仪表， 如基于嵌入式 Internet 的控制网络体系结构，其 特点是：首先 Ethernet 贯穿于网络的各个层次 ，它使网络成为透明的，覆盖整个企业范围的应用实体它实现了真正意义上人办公自 动化与工业自动化的无缝结合， 因而我们称它为扁平化的工业控 制网络其良好的互连性和可扩展性使之成为一种真正意义上的全 开放的网络体系结构，一种真正意义上的大统一。

现代自动化仪表的智能化技术不但改变了仪表本身的性能 ，还影响到了控制网络的体系结构，它不再是功能单一的同定结构， 其适应性越来越强，功能也越来越丰富相信新一代的智能化仪器 仪表将在计算机网络技术支持下在各行各业得到越来越广泛的应用

参考文献：

[1]赵群，张翔，谢素珍，等自动化仪表与控制系统的现状与发展趋势综述

[2].现代制造技术与装备.2007

[3]王永胜.智能仪表技术及工业自动化应用发展探讨[J].自动化博览.2008