自动化仪表及其控制系统研究分析

何城

【摘 要】 伴随着科技水平的进步，科技革新，我国工业仪表自动化在应用上大幅度提高，同时仪表自动化的应用也为企业带来了重大的经济效益。但是相对于国外先进的技术水平，我国的仪表自动化水平还是相对落后的，所以，应该学习外国的先进的技术和理论，不断提高，并且根据我国工业生产的具体情况，不断提高仪表自动化，为仪表自动化的发展提供更广泛的领域。本文对自动化仪表及其控制系统进行了分析探讨，仅供参考。

【关键词】 仪表自动化；应用；智能化

一、检测仪表和执行器的智能化

1、压力差压变送器

某EJA/EJX全数字智能变送器内CPU为16位1.2MHz；精度+/-4%（参数级精度+/-0.025%）；有复合传感特性，一机多用；应答速度90m/s；通过安全认证TUVSIL2，双重化形式时为SIL3；连续工作十年不需调校；重量仅2.7kg。另外有引压管的堵塞及蒸汽温度的诊断功能。EJX910A/930A多变量变送器，给出多变量质量流量的解决方案，达到1.0%的质量流量精度，流量范围大于10：1，同步输出4～20mA和脉冲信号；有多种功能块，可用5ALS、AR、IT、SC、IS和PID；循环显示最多10个变量，多功能LCD显示，大屏幕和英语显示；有先进的诊断功能，有高低报警输出等触点输出功能；支持各种符合国际标准的节流装置，包括孔板，文丘里管，流量喷嘴，皮托管等；质量流量计算给出了自动补偿模式，组态需用FSA120EJXMV TOOL软件，工程时应用Fieldmate通用设备管理工具，这种组态工具，配合个人电脑PC，完成包括设备的初始设置、日常维护、故障诊断和设备更换时的组态备份等任务，可完成多种通讯方式的选择，如FFHI、MART5、HART7、PROFIBUS PA及ISA100.11a无线通讯方式。近年来多家公司的压力差压变送器智能化水平均有提高，本仪总厂与德国SIEMES公司联合生产的PDS智能化变送器，量程比可达100：1。

2、温度变送器

上海自动化仪表股份有限公司在仪表和执行器智能化方面及支持国内标准化方面作出了贡献，如BWQ型现场总线智能温度变送器，能够全套使用多种温度传感器（热电偶B、E、J、K、N、R、S、T型）热电阻pt100、pt1000型，量程范围宽，参数设置功能有：零位、量程、写保护、工程单位、上下限等，自诊断功能有：传感器、A/D转接、存贮器、电源自诊断等，总体精度为+/-0.2%（FS），环境温度影响≤0.1%/FS/10℃，而且HART、FFHI、PROFIBUS PA、EPA均通过认证测试。对于温度变送器智能化来说，硬件也很重要，如A/D变换芯片及片内总线等，片间总线等集成电路的硬件技术，或称ASIC专用集成电路。片间总线具体有SPI总线（Motorola公司）、I2C总线（Philips公司）、MICROWIRE通信接口（NS公司），另有SCI总线、1-WireBus总线等。这些国内均有应用实例。

多点输入智能温度变送器：国际国内均有这方面的产品，应用较广的有艾默生公司的848T型八点输入温度变速器，可为热电阻、热电偶、MV信号、欧姆电阻信号各自选择并独立组态；输出为FFHI信号，也可以通过3420现场总线接口模块接入DCS系统；提供诊断和计算功能，可选择最大值、最小值、中间点和多路传感器的温度平均值；有链路活动调度器（LAS）的备份功能，网络功能强。由于可安装在危险场所和工业生产现场（环境温度-40～+85℃），且通过本质安全FISCO认证，为多边温度检测提供了低成本，高性能的解决方案，且平均每监测点安装费用降低70%，所以被大型工程项目采用，如江西铜业公司贵溪冶炼厂大型闪速炉项目，已采用848T多臺运行将近10年，效果良好。

3、其他仪表和执行器

其它各种流量计、物位计和执行器，由于测量较复杂，计算和补偿等需求较多，所以智能化进展也很快。如热量表（北方冬季采暖用）在多变量测量基础上，由微计算机配合温度传感器和流量传感器组合，将配对温度传感器分别安装在入口、出口管上，流量传感器发出流量信号，经过计算显示出载热液体从入口至出口所释放出的热量值，具体产品如北京远东仪表公司FELR1000系列热量表（一种电磁流量计）、重庆伟岸公司UH系列超声波热量计、唐山会中仪表公司CRL-H（L）用户超声热（冷热）量表等。大连海峰仪表公司的超声波流量计可做到3路输入压力、液位、温度等信号，2路输入三线制PT100铂电阻；信号输出：1路隔离RS485输出、1路4～20mA或0～20mA输出、1路隔离OCT（脉冲宽度6～1000ms之间可编程，默认200ms）1路继电器输出（脉冲宽度200ms）；数据存储选配内置数据存储器（SD卡）可存储时间、瞬时流量、累积流量、信号状态，经软件配合，便于统计和管理。

执行器中电气阀门定位智能化的提高，解决了生产中的问题。另外就是用于机械设备的多变量健康状况仪表的出现，引发了对于多种温、压、物、流常用的参数以外迫切需要传感器智能化的问题。

二、在线分析仪表智能化

PAT过程分析技术被列为新世纪的关键技术以来，在线分析仪表智能化受到了极大重视。

作为物性在线分析仪，pH酸碱度传感器用途很广，很长时间内由于其可用性受到质疑而不易推广，但近年在电极本身及采样系统中有多项专利出现，运行、推广水平得到提高，又可做到在实验室进行标定，之后运行时通过感应线圈确定pH传感器与传送器之间通信顺畅，标定值存储在传感器中，具体如E+H公司的Memosons智能pH测量系统，已得到广泛的应用。

本仪器公司PA200-DH智能微量氧分析仪，采用了线性好、灵敏度高的固体电化学传感器，并采用单片微处理器完成数据处理显示，自检故障，标准信号隔离输出及通信接口等，做到可靠性高，维护量小，使用方便，广泛用于空分、冶金及化工流程中微量氧的测量。PA200系列智能化气体分析仪表，可选择红外、热导、磁机械、磁压力式、电化学式分析原理，测量组分：CO2、CO、CH4、SO2、NO、H2O、NH3、H2、O2、Ar等，大屏幕液晶显示，独特菜单操作，标准信号隔离输出。此外还有Liqour7000-TB智能浊度分析仪。

英国城市技术（city）公司生产多种气体传感器，他们推出的智能输出板可通过为多种关键气体传感器提供标准化转出，缩短OEM厂商的开发时间，减少新产品设计的成本和风险，并提高仪表的可靠性，还可以记录传感器的关键数据以供客户审查和分析。目前国内分析仪表、工业色谱、质谱智能化方面也已由连续自动测量、指示、记录流程中相关参数，及以菜单形式操作，实现多种自动功能，向进一步改进结构（模块化）及现场安装，适应于防爆和其它恶劣环境方向发展，而且在过程分析系统方面，也逐步形成了烟气连续监测系统（CEMS）、水质分析成套系统、移动式车载测试监测系统、空分过程分析系统、焚烧炉、水泥窑、焦炉煤气及冶金、石化、医药、建材、过程分析系统，这些系统成套工程也有利于在线分析仪表智能化的发展。

三、仪表自动化应用发展趋势

1、传统的集散控制系统将被现代化的所取代

集散控制系统（DCS）是集合计算机、系统控制、通讯和多媒体等多种技术于一体的现代化设备，其自身具有强大的通讯功能。进入现代化发展的快车道，企业管理水平也在发展中前进，传统的集散控制系统在与企业飞速增长的信息速度上已经表现出不相适应的弊端，所以新型的现代化集散控制系统出现是历史发展的必然趋势。现如今，仪表自动化应用已经开始向着综合自动化的方向发展了。计算机集成系统控制生产可以将企业的高效经营管理进行很好地实现。在这个层面上，自动化的生产过程控制也可以实现。为了实现过程控制、决策、优化以及管理的集成化和一体化，降低企业的生产成本，降低能源消耗，提高劳动生产率，适应市场经济的发展需要，从而增强企业的竞争实力，应该结合生产过程控制、通信网络以及信息管理，才能使企业的测量、控制预算管理数据实现资源共享。

2、现场总线及现场总线控制系统的运用范围将愈见广泛

现场设备和自动化系统结合在一起组合而成的线路模式就是通信总线，但是现场总线的结构往往是由多个部分构成，它还是实现通信的双向串行的主要推动力。通过利用数字通信技术，达到与仪表之间进行联系的目的。利用总线的这种原理，控制功能中的大部分都可以转移到智能仪表中，前提在集散控制系统的作用下。所以系统中同时进行的测量和控制充分实现了分散控制，提高了系统的可靠性，改善了系统的调节品质。现场总线以及现场总线控制系统的有效运用在一定程度上降低了企业的生产成本，有效地提高了仪表智能化、控制功能分散化以及控制系统的开放化，并且这样的发展和工业控制系统技术的发展趋势相吻合。

四、结束语

综上所述，从工业自動化仪表尤其是工业现场仪表的智能化、高精度化、总线化、网络化的发展进程，不难看出计算机技术对现代自动化仪表技术的发展起到了十分积极的促进作用，计算机网络与工业局域网的融合又大大丰富和发展了现代自动控制技术。

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