自動化儀表控制系統探析

黃鸝

大慶聯誼集團 大慶 163000

自動化儀表控制系統探析

黃鸝

大慶聯誼集團 大慶 163000

當今世界已經進入信息時代，信息技術成為推動科學技術和國民經濟高速發展的關鍵技術。具備工業IT特征的以現場總線為主的智能化儀器儀表與自動化控制系統無疑是信息化帶動工業化的最主要技術手段。本研究主要論述了自動化儀表與控制系統的現狀與發展趨勢，為儀器儀表行業的發展研究提供了一定的參考依據。

自動化儀表；計算機控制系統；嵌入式

目前，在我國電力、石油、冶金、化工、建材、輕工等工業領域的企業新建和改造過程中，除工藝流程和工藝設備外，企業更重視自動化儀表和控制系統，以增加產品品種，提高產品質量，降低成本，獲取更多利潤。而且企業要安全地生產，達到國家對環保的要求，需要用新的檢測技術，功能更強的控制方法來控制生產過程，對系統的可靠性、精確度、乃至操作和維護以及節省投資方面提出了更高的要求。因此企業用戶需要了解國際上新的檢測技術和控制系統的發展狀況及其新產品在應用方面的經驗；而儀表制造廠則必須研究、開發與生產適銷對路的產品，并要在改造現有企業方面提供系統集成解決方案。

自動化儀表通常包括流量、壓力、溫度等各種儀表。自動化儀表通常同時具備幾種功能，比如測量或者記錄、顯示、控制以及自動報警等，普遍用于石化、冶金、電力、科學研究以及國防等領域的自動化控制。自動化儀表控制系統是各類生產裝置的神經中樞，一方面對設備運轉進行監測，另一方面對裝置的基本參數進行調整和控制。

一、自動化儀表行業的主要發展趨勢

隨著現代科學技術的不斷發展進步，企業對自動化儀表提出了更高更新的要求。伴隨著新的工作原理和新材料的出現，催生出新的自動化儀表，例如利用超聲波、微波、射線、紅外線、核磁共振、超導、激光等原理和采用各種新型半導體敏感元件、集成電路、集成光路、光導纖維等元器件，生產出各種新型的測控儀表，為企業實現生產精細化、管理標準化提供了支撐。

1、智能化

從工業自動化儀表的發展趨勢看，智能化是其核心部分。所謂智能化表現在其具有多種新功能。在工控方面，過去控制的算法，只能由調節器或DCS 來完成，如今一臺智能化的變送器或者執行器，只要植入PID模塊，就可以與有關的現場儀表在一起實現自主調節，提高了整個系統的可靠性。

2、高精度化

由于工業生產對成品質量的要求日益提高，國家的政策和法令對節能減排也有更高的要求，因此提高測量儀表與控制系統的精度就被提上了議事日程。例如用于貿易交換計量的科氏質量流量計，精度已達到百分之零點零五，部分氣體超聲波流量計的準確度已達到百分之零點五，同時新一代的DCS也以此作為一個重要的指標。當前一些新建的大型項目，在招標時，對有關產品的精度已提出明確的要求。這既是一個門檻，也是一種對制造廠商的資源的要求。

3、無線化

現場總線本來是一種非常有前途的技術，理應得到迅速的發展和推廣，但由于國際標準的過多，影響了推廣，例如第一代總線型的現場總線的國際標準已達到10多種，加上第二代的實時工業以太網，其國際標準可能會有20多種，而第三代的總線通信方案又在興起，而且各大跨國公司和有關組織都在制定各自的標準，目前知道的就有HART、ISA的SP100、IEC、還有艾默生、西門子等一些大公司都在制定各自的標準。標準過多，對用戶來講，實在不是一個好兆頭，用戶希望能夠通過努力，制訂出單一的國際的標準。

工業生產要求高產，穩定，優質，低耗，安全，環保。隨著生產規模越來越大，如火電機組已有100萬KW的超臨界機組；煉油企業達到了1000萬噸級，乙烯裝置也達到了100萬噸的規模，測量和控制的點數不斷增加，一般已達萬點以上。如果現場儀表能夠實現通信無線化，電纜和維護的工人量都會大大減少，施工設計部門和最終用戶都是會歡迎的，因此研發近距離，低功耗可靠的無線通信是當前的一個亮點。

4、網絡化

現場總線技術采用計算機數字化通信技術，使自動控制系統與現場設備加入工廠信息網絡，成為企業信息網絡底層，可使智能儀表的作用得以充分發揮。隨著工業信息網絡技術的發展，有可能不久將會出現以網絡結構體系為主要特征的新型自動化儀表，即IP智能現場儀表，如：基于嵌入式Internet的控制網絡體系結構，其特點是：首先Ethernet貫穿于網絡的各個層次，它使網絡成為透明的，覆蓋整個企業范圍的應用實體。它實現了真正意義上的辦公自動化與工業自動化的無縫結合，因而我們稱它為扁平化的工業控制網絡。其良好的互連性和可擴展性使之成為一種真正意義上的全開放的網絡體系結構，一種真正意義上的大統一。因此，基于嵌入式Internet的控制網絡代表了新一代控制網絡發展的必然趨勢，新一代智能儀表一IP智能現場儀表的應用將越來越廣泛。

5、開放性

現在的測控儀器越來越多采用以Linux、VxWork等嵌入式操作系統為系統軟件核心和高性能微處理器為硬件系統核心的嵌入式系統技術，未來的儀器儀表和計算機的聯系也將會日趨緊密。Agilent公司表示儀器儀表設備上應當具備計算機的所有接口，使用這樣的儀器儀表設備和操作一臺簡易電腦簡直是如出一轍。通過網絡形成具有特定功能的測控系統，實現了多種智能化現場測控設備的開放式互連系統。

二、自動化儀表控制系統的主要發展趨勢

工業控制自動化技術是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其它信息技術，對工業生產過程實現檢測、控制、優化、調度、管理和決策，達到增加產量、提高質量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術，主要包括工業自動化軟件、硬件和系統三大部分。工業控制自動化技術作為20世紀現代制造領域中最重要的技術之一，主要解決生產效率與一致性問題。雖然自動化系統本身并不直接創造效益，但它對企業生產過程有明顯的提升作用。

分布式控制系統為一種全新的計算機控制系統，它是基于集中式控制系統逐步發展與演變出來的。它是主要由一個過程控制級以及過程監控級所構成的利用通信網絡作為其紐帶的系統，將現代計算機技術、現代通信技術、現代圖形顯示技術以及現代控制技術即4C技術進行綜合，其指導思想是集中操作與分散控制與集中操作、分級管理以及配置靈活等。

我國的工業自動化目前還處于相對落后的水平，已逐漸無法滿足現代工業自動化智能控制的需求。隨著計算機高新技術的蓬勃發展，工業自動化同樣迎來了新的機遇與挑戰。這就要求我們能牢牢抓住機遇，勇于和善于迎接挑戰，大刀闊斧，開拓創新，力爭新一代工業自動化產業達到或接近國外一流水平。