数字化仪表与控制系统技术应用与发展

顾嘉祺　何灿阳　张兴武　王鸿韬

摘要：本文首先介绍了数字化仪表与控制系统，并从智能化控制、设备故障的诊断及远程管理三个方面阐述了数字化仪表与控制系统技术在工业生产中的实际应用，最后阐述了数字化仪表与控制系统技术的发展方向。

关键词：数字化仪表；控制系统；应用

中图分类号：TH86 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）01-0005-01

1 引言

自从我国推出“中国制造2025”战略之后，我国的数字化仪表与控制系统技术得到了进一步的发展。但是从总体上来看现阶段我国在数字化仪表与控制系统技术方面的发展还相对较为落后，与西方国家还存在着较大的差距，尤其是在自主品牌以及核心技术方面依然存在着较大的缺陷，为了促进我国数字化仪表与控制系统技术的进一步发展。本文中笔者结合自己的实际工作经验对数字化仪表与控制系统技术的应用与发展进行了简略的研究与分析。

2 数字化仪表与控制系统简介

自从上个世纪70年代初微处理器技术逐渐开始发展起来，在促进计算机技术趋于成熟的同时，也使得仪表与控制技术得到了进一步的发展。在上个世纪90年代中期微处理器技术在仪表测量与控制中得到了进一步的应用，同时也基本实现了数字化仪表控制，配套的控制系统技术也逐渐开始发展起来。数字化仪表与控制系统技术的发展使得相关物理量的测量精度得到了全面的提升。所谓数字化仪表与控制系统其实是将计算机数字处理技术以及计算机技术引入到仪表测量与控制系统当中来实现测量与控制的技术。随着数字化仪表与控制系统技术的进一步发展，使用数字处理技术也实现了进一步发展。但是从总体上来看数字化仪表与控制系统还是一种基于FF或DP总线的系统结构，这种结构能接收上位机的命令，并按照上位机所发出的命令收集信息并控制设备运行，而上位机则只需要负责对监测系统进行监管与控制，一般情况下上位机为计算机。在数字化仪表与控制系统当中FF或DP总线都属于串行数据通信接口，通过菊花链形式对设备进行连接，能够有效实现物理层与数据链路层的功能结合，同时还能完成对数据的成帧处理。在最近几年当中随着数字化技术的快速发展，数学总线技术也得到了进一步完善，因此数字化仪表与控制系统的功能也更加丰富[1]。

3 数字化仪表与控制系统的实际应用

3.1 智能化控制

目前阶段智能化控制技术是各国重点发展的技术，而在智能化控制技术当中数字化仪表与控制技术具有非常重要的作用，也是实现智能化控制的核心所在。所谓智能化控制就是在无人干预的情况之下实现对工业生产的自动干预，而这一技术的实现必须要建立在数字化仪表与控制系统的基础之上才能实现。数字化仪表的智能控制就是指通过智能控制器自动实现仪表的数据收集，数据存储和数据处理。智能化仪表内含智能控制器，主要使用了大规模集成电路技术、微处理器技术、接口通信技术，利用嵌入式软件协调内部操作，使仪表具有智能化处理的功能，在完成输入信号的非线性处理，温度与压力的补偿，量程刻度标尺的变换，零点的漂移与修正[2]。

3.2 设备故障的诊断

传统的设备维护只能通过定期使用仪表对设备进行检测的方式才能实现，工作人员根据仪表检测的结果对设备所存在的故障进行判断并采取对应的预防或者维修措施。而数字化仪表与控制系统的在机械设备中的应用则能够有效实现对设备故障的诊断。机械设备在运行过程当中所产生的各种参数与指标变化具有明显的规律性。数字化仪表与控制系统内置的处理器可以实现对机械设备运行数据的分析，并根据仪表所檢测到的数据对设备故障进行判断，并在总机上直接将相关的故障信息显示在工作人员面前，工作人员中只需要根据计算机所提供的信息就可以对设备进行管理与维护。通过这种方式工作人员的设备维护工作量可以得到全面的降低，同时还能够有效提升设备故障诊断的准确率，也可以避免因为人的主观因素所导致的故障诊断缺陷。

3.3 远程管理

数字化仪表与控制系统不仅可以实现对机械设备的故障诊断，同时网络技术的应用还使得通过数字化仪表与控制系统技术能够实现对机械设备的远程管理与控制。在实际生产过程当中，人机分离的现象极为常见，但是通过数字化仪表与控制系统技术的应用工作人员可以实现对机械设备的远程管理，从而有效地提升了生产效率。

4 数字化仪表与控制系统的发展趋势分析

4.1 系统集成和应用技术

随着工业设备的大型化、高参数化，对仪器仪表的要求不断提高。为了实现工业设备的安全启/停、稳定运行、故障处理等要求，必须把不同厂家生产的各种仪器仪表产品无缝地集成为一个协调系统。如何处理这些仪器仪表产品之间的数据传递、信息共享、协调操作等以满足用户的要求已经成为一项十分重要的技术，即系统集成技术。另外，以提出整体解决方案（SOLUTION）为目标的应用技术和以优化软件、先进控制算法为代表的应用软件也已成为新的发展趋势。这些技术的发展都为用户带来明显的经济效益[3]。

4.2 高精度测量

精密测量的实现不仅需要依赖于制造工艺的发展，同时还需要依赖于数字化技术的实现。而数字处理技术的发展则为数字化仪表的高精度测量提供了必要的基础。但是从实际工业生产的角度来看，现阶段数字化仪表与控制系统在精度方面依然无法满足生产的实际需求。因此，在未来数字化仪表与控制技术必然还会以高精度测量为基本方向，从而满足工业生产的实际需求。

4.3 智能决策

虽然智能化控制技术已经获得了较大的发展，但是从总体上来说现阶段的数字化仪表与控制技术距离真正的智能化还存在着较大的差距。所谓真正的智能化不尽需要实现自动监测与反馈，同时还需要具备一定的数据分析与处理能力，实现生产效率的进一步提升，即需要实现智能化决策。在随着人工神经网络、大数据等现代信息技术的发展，数字化仪表与控制系统的智能决策性能已经得到了一定的提升。

5 结语

为了促进数字化仪表与控制系统技术在实际生产中应用范围的进一步拓展，并促进数字化仪表与控制系统技术的发展，在本文当中笔者结合自己的实际工作经验对目前阶段数字化仪表与控制系统技术的应用现状进行了初步分析，并对数字化仪表与控制系统技术在未来的发展方向提出一点建议，希望能对广大同行提供一些参考。

参考文献

[1]刘群垚.仪表控制技术创新助力石油化工工厂智能化——第七届石油化工重大工程仪表控制技术高峰论坛召开[J].电气时代，2016，（07）：39-40.

[2]张军.浅析满功率下常规岛仪表控制用压缩空气丧失后的机组状态控制[J].科技视界，2014，（06）：268-271.

[3]栾振华，刘道光，仇少帅，等.基于Simulink仿真技术的压水堆核电厂仪表控制调试分析研究[J].核动力工程，2013，（05）：108-111.