自動(dòng)化儀表的智能化

【摘 要】自動(dòng)化儀表是工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的重要組成部分。是集微處理器技術(shù)、新型顯示技術(shù)、記錄技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)和控制技術(shù)于一體，把信號(hào)檢測(cè)處理、顯示、記錄、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、通信、控制、復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算等多個(gè)或全部功能集合于一體的功能豐富、使用方便、觀察直觀、可靠性高的儀表。本文主將要從顯示儀表和記錄儀表的現(xiàn)狀和發(fā)展情況進(jìn)行論述，以提高自動(dòng)化儀表在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，促進(jìn)工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的實(shí)施。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)化儀表；顯示儀表；模擬；數(shù)字；記錄儀表

0.引言

在電力建設(shè)與發(fā)展中，自動(dòng)化儀表在實(shí)際中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，并且自動(dòng)化儀表的類(lèi)型也越來(lái)越豐富。上世紀(jì)80年代初至90年代中，隨著微電子和微處理技術(shù)的迅速發(fā)展，顯示直觀、測(cè)量精確度高、具有PID自整定等功能的顯示儀表和多通道、萬(wàn)能輸入、大容量測(cè)量數(shù)據(jù)電子存儲(chǔ)功能的記錄儀表得到快速發(fā)展，在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中占有重要地位，促進(jìn)了當(dāng)時(shí)我國(guó)電力、石油、化工、冶金、機(jī)械等各個(gè)行業(yè)自動(dòng)化水平的提高。

1.顯示儀表

1.1模擬顯示儀表

模擬顯示儀表一般是用指針來(lái)指示測(cè)量值，有全量程指示和偏差指示兩種形式。輸入信號(hào)是從各種變送器送來(lái)的統(tǒng)一信號(hào)（直流4～20毫安），也有將指示儀表與傳感器直接相連。有的儀表還具有控制輸出功能。最常用的是動(dòng)圈式指示調(diào)節(jié)儀。標(biāo)尺長(zhǎng)度為100毫米，指示精度為1級(jí)。它有紅、黑兩根指針。當(dāng)偏差值等于零時(shí)，兩根指針重疊。指示器采用張絲支承式結(jié)構(gòu)，靈敏度高，使用壽命長(zhǎng)。這種儀表操作方便，維修簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，并可與各種變送器適配，因此在過(guò)程檢測(cè)控制儀表中得到廣泛的應(yīng)用。

它一般安裝在儀表盤(pán)上，供操作人員監(jiān)視和控制現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。70年代以來(lái)，新型的發(fā)光器件不斷出現(xiàn)，正在逐漸取代傳統(tǒng)的指針式指示儀表。

1.2數(shù)字顯示儀表

數(shù)字顯示儀表采用的顯示器件有熒光數(shù)碼管、液晶顯示器和發(fā)光二極管（又稱(chēng) LED數(shù)碼管）等。它是在模擬式指示儀表的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。特別在60年代末數(shù)字集成電路的出現(xiàn)，使數(shù)字顯示儀表得到迅速的發(fā)展。

數(shù)字顯示與模擬指示比較，具有分辨率高、量程大、讀數(shù)方便、沒(méi)有視差、便于與計(jì)算機(jī)相連等優(yōu)點(diǎn)。通常在要求精確讀數(shù)時(shí)才使用數(shù)字式顯示儀表。數(shù)字式指示調(diào)節(jié)儀能顯示設(shè)定值、測(cè)量值和偏差值，并有上、下限設(shè)定，報(bào)警輸出和控制功能。數(shù)字式顯示儀表按采用的原理、顯示功能、點(diǎn)數(shù)分成多種類(lèi)型。它與各種變送器相配對(duì)被測(cè)量進(jìn)行顯示和控制。一般備有打印輸出裝置并且可與計(jì)算機(jī)相連接。70年代末出現(xiàn)的帶有微處理機(jī)的各種智能化數(shù)字式顯示儀表，具有顯示精度高、自校準(zhǔn)、自診斷等功能，可與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。

2.記錄儀表

記錄儀表給出的記錄可以是模擬的（連續(xù)或斷續(xù)線條），也可以是數(shù)字的；可記錄一個(gè)量或多個(gè)量的值，如溫度記錄儀、氣壓記錄儀、記錄式光譜儀、熱釋光劑量計(jì)等。

2.1自動(dòng)平衡記錄儀表

自動(dòng)平衡記錄儀表是以平衡法作為基本測(cè)量原理的儀表。自20世紀(jì)50年代問(wèn)世以來(lái)，得到普遍應(yīng)用的有自動(dòng)平衡電位差計(jì)和自動(dòng)平衡電橋兩種電路。

2.1.1電位差計(jì)電路

輸入信號(hào)為直流毫伏電壓或溫差電偶的電勢(shì)。輸入信號(hào)EX與滑線電阻上的電壓ES進(jìn)行比較，產(chǎn)生的偏差值（EX- ES）送入放大器，在放大器中變換成交流信號(hào)后進(jìn)行放大，再經(jīng)功率放大后驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)。伺服電機(jī)帶動(dòng)滑線電阻的接點(diǎn)、指針和記錄筆一起移動(dòng)，直到偏差值等于零為止。因此記錄筆描繪的是與輸入信號(hào)EX相等的ES值。全量程時(shí)筆的平衡時(shí)間小于3秒。記錄紙由同步電機(jī)帶動(dòng)，連續(xù)記錄。

2.1.2平衡電橋電路

測(cè)量電阻Rt（如熱電阻等）為橋路的一個(gè)臂。當(dāng)溫度變化時(shí)，Rt隨之發(fā)生變化。同時(shí)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使橋路平衡。此時(shí)Rt：R3=（R1+RS）：（RA+R2）。滑線電阻的接點(diǎn)跟蹤Rt的變化來(lái)記錄測(cè)量的溫度。這種儀表在實(shí)際使用時(shí)必須進(jìn)行線性化處理，方能達(dá)到規(guī)定的精度。它與各種變送器相配，可記錄各種物理參數(shù)，如溫度、壓力、流量、物位等，還可與各種溫差電偶、熱電阻直接相連，廣泛用于溫度測(cè)量。

2.2混合式記錄儀表

采用微型計(jì)算機(jī)的具有模擬和數(shù)字記錄功能的儀表，又稱(chēng)高速打點(diǎn)記錄儀。

它與平衡記錄儀表比較，有下列三個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：

（1）它以表格的形式將不同輸入信號(hào)的線性化處理和標(biāo)準(zhǔn)接點(diǎn)的溫度補(bǔ)償存儲(chǔ)在只讀存儲(chǔ)器中，以提高精度和節(jié)省硬件。

（2）由于采用新型的記錄元件，可實(shí)現(xiàn)高速多點(diǎn)記錄和模擬、數(shù)字的混合記錄。

（3）具有運(yùn)算、判別、程序控制功能，因而顯示標(biāo)度、量程、走紙、報(bào)警設(shè)定和記錄方式等都可任意選擇。

模擬量輸入信號(hào)可以通過(guò)多路切換開(kāi)關(guān)以0.2秒切換一點(diǎn)的速度依次采樣，對(duì)應(yīng)于預(yù)先設(shè)定的測(cè)量量程進(jìn)行放大，然后經(jīng)過(guò)積分型模數(shù)變換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)。這個(gè)數(shù)字信號(hào)送到運(yùn)算、控制單元，根據(jù)不同的輸入信號(hào)進(jìn)行線性化處理和報(bào)警運(yùn)算等，并作為顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中。同時(shí)，這個(gè)數(shù)據(jù)被變換為相應(yīng)的記錄位置數(shù)據(jù)。

混合式記錄儀表中數(shù)字、模擬記錄是可以同時(shí)進(jìn)行的。測(cè)量條件是通過(guò)顯示器和面板上的鍵來(lái)設(shè)定的。儀表具有標(biāo)準(zhǔn)儀器接口，可與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出和由外部設(shè)定測(cè)量條件。70年代以來(lái)已研制出帶有陰極射線管顯示器的數(shù)據(jù)采集記錄儀，可實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話等多種功能。

3.自動(dòng)化儀表的發(fā)展

3.1智能自動(dòng)化技術(shù)

未來(lái)儀器儀表的發(fā)展趨勢(shì)是以智能化、信息化為主導(dǎo)，部分的儀表儀器已將專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用到測(cè)量工作中，根據(jù)專(zhuān)家系統(tǒng)發(fā)出的指令及其所接收到的信息自動(dòng)地對(duì)工作狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，同時(shí)可對(duì)轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的工作程序進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算，糾錯(cuò)使工作處在最佳狀態(tài)。

3.2企業(yè)信息化

企業(yè)信息化是實(shí)現(xiàn)企業(yè)長(zhǎng)足發(fā)展的主導(dǎo)力量。記錄儀表的技術(shù)包括了信息采集、信息處理及信息的應(yīng)用，企業(yè)信息化也就是企業(yè)對(duì)企業(yè)有關(guān)信息的集成和整合。

3.3無(wú)線通訊技術(shù)

工業(yè)無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用是近幾年自動(dòng)化儀表領(lǐng)域顯著的亮點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：基于WPAN、基于WLAN、無(wú)線公網(wǎng)等各種方案，針對(duì)特定的對(duì)象和應(yīng)用等，無(wú)線通信技術(shù)將會(huì)自動(dòng)化儀表的核心應(yīng)用技術(shù)。

4.結(jié)束語(yǔ)

總之，隨著信息時(shí)代的到來(lái)及工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，我們要加快研發(fā)先進(jìn)技術(shù)的步伐，掌握信息技術(shù)的核心部分， 將信息技術(shù)融入到儀器儀表中，使其真正意義實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，智能化。進(jìn)而促使我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域及其他領(lǐng)域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1]林金泉.自動(dòng)檢測(cè)技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[2]楊振江.智能儀器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總的新器件及應(yīng)用.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.

[3]王靜.自動(dòng)化儀表網(wǎng)絡(luò)化實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2009.

[4]汪建.電測(cè)儀表.北京：中國(guó)電力出版社，2010.