淺析自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)技術(shù)

朱丹

摘要：二十一世紀(jì)，在"科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力"發(fā)展理念的正確指引下，我國(guó)的計(jì)算機(jī)科學(xué)及微電子技術(shù)得到了飛速發(fā)展。各種智能技術(shù)已經(jīng)逐步應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，自動(dòng)化控制技術(shù)取得了突破性進(jìn)展。自動(dòng)化儀表系統(tǒng)是自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要組成部分，在自動(dòng)化生產(chǎn)過程中起著至關(guān)重要的作用。文章對(duì)自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)介，闡述了我國(guó)自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展策略，最后探討了自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化儀表；儀表控制系統(tǒng)；技術(shù)

從工業(yè)自動(dòng)化儀表的發(fā)展歷程來看，大體上經(jīng)歷了三個(gè)階段。第一階段，基地式儀表階段，只適用于簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，無法或不便于應(yīng)用在復(fù)雜控制系統(tǒng)中。第二階段，單元組合式儀表階段。第三階段，以微處理器為基本組成部分的控制裝置階段，由于它具備靈活、可靠、價(jià)廉的優(yōu)點(diǎn)，迅速成為信息科學(xué)與技術(shù)的新寵，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域。目前自動(dòng)化儀表已成為自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備的核心控制系統(tǒng)。

一、自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)是工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的組成重要組成部分。在整個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)流程中，自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)不斷的檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)，以備對(duì)非正常工作狀態(tài)做出及時(shí)調(diào)整。自動(dòng)化儀表主要是由一些自動(dòng)化元器件組成的，具備十分完善的自動(dòng)化功能的一種技術(shù)工具。它通常同時(shí)具備測(cè)量、記錄、顯示、控制以及自動(dòng)報(bào)警等多種功能。例如，自動(dòng)化儀表可以將輸入信號(hào)根據(jù)時(shí)間域或頻率域調(diào)制成相應(yīng)的模擬信號(hào)或者數(shù)字信號(hào)進(jìn)行輸出，發(fā)揮著對(duì)信息轉(zhuǎn)換的作用。

二、我國(guó)自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著國(guó)家在科研方面投入力度的不斷增加，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)自動(dòng)化儀表產(chǎn)業(yè)的規(guī)模和競(jìng)爭(zhēng)力得到了很大提升，自動(dòng)化儀表的智能化程度以及穩(wěn)定性大大提高。與傳統(tǒng)儀表相比，自動(dòng)化儀表具有很多優(yōu)勢(shì)功能。首先，自動(dòng)化儀表實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)功能。傳統(tǒng)的儀表往往只有實(shí)時(shí)顯示功能，對(duì)儀表數(shù)據(jù)不具備儲(chǔ)存功能，當(dāng)流程步入下一個(gè)時(shí)間段時(shí)，上段數(shù)據(jù)信息就會(huì)被消除，自動(dòng)化儀表中置入微機(jī)部件后，就實(shí)現(xiàn)了儀表的自動(dòng)記憶功能，而且可以根據(jù)時(shí)間段分別進(jìn)行記憶，只要儀表處于通電狀態(tài)就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，并且還能根據(jù)不同的記憶狀態(tài)，分別對(duì)這些記憶進(jìn)行處理。其次，自動(dòng)化儀表通過配套軟件實(shí)現(xiàn)了拓展功能。自動(dòng)化儀表中配套軟件的應(yīng)用能有效地替換傳統(tǒng)復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)，使用相對(duì)抽象的程序替換原本相對(duì)復(fù)雜的處理器，而且軟件的編制程序比較簡(jiǎn)單，所以把軟件移入儀表大大優(yōu)化了程序的設(shè)計(jì)。此外，增加了計(jì)算和數(shù)據(jù)處理的能力。由于在自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)中裝入了微型計(jì)算機(jī)，因此使儀表的數(shù)據(jù)處理功能得到了很大的提升，且計(jì)算精度也得到提高。雖然我國(guó)自動(dòng)化儀表功得到了很大的提高， 但與國(guó)外的自動(dòng)化儀器相比我國(guó)自動(dòng)化儀表在精密度、自動(dòng)化程度、產(chǎn)品的智能化、數(shù)字化、集成化等方面都還存在很大差距。自動(dòng)化控制技術(shù)是一個(gè)國(guó)家工業(yè)、制造業(yè)、國(guó)防等領(lǐng)域發(fā)展水平的重要標(biāo)志，因此，我國(guó)必須加大對(duì)自動(dòng)化控制技術(shù)的研究，不斷加強(qiáng)與完善自動(dòng)化控制技術(shù)。

三、完善自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)技術(shù)的策略

1、引進(jìn)先進(jìn)的傳感技術(shù)。

傳感器作為自動(dòng)化儀表系統(tǒng)的核心部件，將采集的數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)技術(shù)引入傳統(tǒng)調(diào)節(jié)模式中，從而使得自動(dòng)化儀表發(fā)揮出真正的作用。因此，適用新型傳感器技術(shù)，對(duì)促進(jìn)自動(dòng)化儀表的發(fā)展影響重大。同時(shí)在對(duì)傳感器材料的利用中，應(yīng)該盡量選擇先進(jìn)的材料和設(shè)備，為傳感器的進(jìn)步和發(fā)展提供更好的硬件基礎(chǔ)，使傳感器的功能得到優(yōu)化和改進(jìn)，這對(duì)自動(dòng)化儀表的簡(jiǎn)化以及集成化具有一定的推動(dòng)作用。

2、加強(qiáng)儀表調(diào)節(jié)器全面智能化。

儀表調(diào)節(jié)器的全面智能化發(fā)展基于微處理器技術(shù)的提升。通過微處理器技術(shù)，采用數(shù)字化的模式對(duì)自動(dòng)化儀表進(jìn)行設(shè)定，不斷提升其運(yùn)算能力，不僅可以加強(qiáng)與完善自動(dòng)化儀表的功能，還能實(shí)現(xiàn)幾種編制信號(hào)的同時(shí)輸入。同時(shí)加強(qiáng)了對(duì)工藝流程的把控管理能力，對(duì)自動(dòng)化儀表的實(shí)際操作變得更加簡(jiǎn)單易行，進(jìn)一步提升自動(dòng)化儀表調(diào)節(jié)器的全面智能化，使自動(dòng)化儀表更好地發(fā)展。

3、提高自動(dòng)化控制系統(tǒng)的集成度。

利用可以進(jìn)行編輯的控制器來提高軟件和硬件的集成度，利用一定的軟件對(duì)硬件里的部分邏輯電路進(jìn)行替換。同時(shí)對(duì)硬件里面控制相對(duì)麻煩的部分用軟件來進(jìn)行編程，從而替代和優(yōu)化硬件里面復(fù)雜的控制和用來定時(shí)的線路。使用先進(jìn)的軟件對(duì)自動(dòng)化儀表進(jìn)行改良，不但可以優(yōu)化儀表中的一些功能，還可以使數(shù)據(jù)測(cè)量的精確度提高。

四、未來自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)的發(fā)展方向

隨著科學(xué)技術(shù)水的不斷發(fā)展，人類對(duì)生產(chǎn)加工的精度度要求越來越高，因此對(duì)自動(dòng)化儀表控制技術(shù)水平提出了更高要求。運(yùn)用全新的工作原理以及選擇全新的材料和元件，比如運(yùn)用超聲波、X射線、微波、遠(yuǎn)紅外線、核磁共振成像以及激光等原理，運(yùn)用不同的半導(dǎo)體敏感元器件、集成光路與電路、光導(dǎo)纖維等使得自動(dòng)化儀器儀表朝著微型化化，智能化、高效化、安全化的方向不斷發(fā)展。例如運(yùn)用微機(jī)技術(shù)使得儀器儀表的性能不斷增強(qiáng)使得儀器儀表的自動(dòng)化與智能化程度以及處理數(shù)據(jù)的能力進(jìn)一步提高，促使自動(dòng)化儀表不僅可實(shí)現(xiàn)單向測(cè)量模式，還可以通過數(shù)據(jù)連接與計(jì)算機(jī)形成綜合測(cè)控管理系統(tǒng)，提高工作效率。

1、分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展方向

分布式控制系統(tǒng)在在集中式控制系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)上形成的，它作為一種全新的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)備受關(guān)注與青睞。分布式控制系統(tǒng)利用通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為紐帶，由過程控制級(jí)和過程監(jiān)控級(jí)構(gòu)成。它將現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、現(xiàn)代圖形顯示技術(shù)以及現(xiàn)代控制技術(shù)即4C技術(shù)進(jìn)行綜合，其指導(dǎo)思想是集中操作、分散控制、分級(jí)管理以及配置靈活。

2、開放性控制系統(tǒng)的發(fā)展方向

目前，隨著越來越多的軟、硬件嵌入式技術(shù)被應(yīng)用到測(cè)控儀器中，使得自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)系越來越緊密，可實(shí)現(xiàn)的功能更加完善。例如將計(jì)算機(jī)的接口安裝在儀表上，使儀表能夠與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而實(shí)現(xiàn)打印、USB、局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)等各項(xiàng)功能，同時(shí)也可以利用UBS接口將測(cè)量結(jié)果保存到移動(dòng)硬盤等可移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備中。使用該設(shè)備就像操作一臺(tái)計(jì)算機(jī)一樣，只要接口齊全就可以將現(xiàn)場(chǎng)的各種測(cè)控儀表或者相關(guān)執(zhí)行器設(shè)備連接到一起，在過程控制系統(tǒng)的主計(jì)算機(jī)的支持下，利用網(wǎng)絡(luò)形成具備特定功能的測(cè)量系統(tǒng)與控制系統(tǒng)，從而達(dá)到了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)智能化測(cè)量與控制設(shè)備進(jìn)行開放式的相互連接。

3、網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的發(fā)展方向

通過通信技術(shù)將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)數(shù)字化，從而使得自動(dòng)控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)設(shè)備連接到企業(yè)的信息網(wǎng)絡(luò)，作為企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的底層，可以有效發(fā)揮智能儀表的作用和功能。隨著工業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，未來可能會(huì)產(chǎn)生以網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系為主的全新的自動(dòng)化儀表，即智能現(xiàn)場(chǎng)地址儀表，例如建立在以嵌入式互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的控制網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，其基本的特點(diǎn)是以太網(wǎng)將貫穿到網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)層次，從而使得網(wǎng)絡(luò)變得更加透明，覆蓋到企業(yè)全部的運(yùn)用范圍，從而達(dá)到了實(shí)質(zhì)意義上人工辦公和工業(yè)自動(dòng)化辦公的完美融合，所以可以稱之為扁平化的工業(yè)信息控制網(wǎng)絡(luò)，其優(yōu)良的互連性以及可擴(kuò)展性使得該系統(tǒng)成為實(shí)質(zhì)意義上的一種完全開放式的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)了實(shí)質(zhì)意義上的大統(tǒng)一。自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)的智能化不但提升了其儀表的本身性能，還對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)造成積極影響，隨著其適應(yīng)性越來越強(qiáng)，功能越來越豐富，已經(jīng)不再是一個(gè)單一固定的結(jié)構(gòu)。未來新一代的智能化儀器儀表將在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持下在各行各業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用。

五、結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)階段自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)還存在一定的缺陷，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)整體水平較低，直接影響了我國(guó)自動(dòng)化生產(chǎn)的效率與安全性。但隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，未來自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)一定會(huì)不斷得到發(fā)展與完善，大大提高生產(chǎn)效率，降低人工成本，為企業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的高效安全運(yùn)行提供有力保障。

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