數字化儀表與控制系統技術應用與發展

顧嘉祺　何燦陽　張興武　王鴻韜

摘要：本文首先介紹了數字化儀表與控制系統，并從智能化控制、設備故障的診斷及遠程管理三個方面闡述了數字化儀表與控制系統技術在工業生產中的實際應用，最后闡述了數字化儀表與控制系統技術的發展方向。

關鍵詞：數字化儀表；控制系統；應用

中圖分類號：TH86 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）01-0005-01

1 引言

自從我國推出“中國制造2025”戰略之后，我國的數字化儀表與控制系統技術得到了進一步的發展。但是從總體上來看現階段我國在數字化儀表與控制系統技術方面的發展還相對較為落后，與西方國家還存在著較大的差距，尤其是在自主品牌以及核心技術方面依然存在著較大的缺陷，為了促進我國數字化儀表與控制系統技術的進一步發展。本文中筆者結合自己的實際工作經驗對數字化儀表與控制系統技術的應用與發展進行了簡略的研究與分析。

2 數字化儀表與控制系統簡介

自從上個世紀70年代初微處理器技術逐漸開始發展起來，在促進計算機技術趨于成熟的同時，也使得儀表與控制技術得到了進一步的發展。在上個世紀90年代中期微處理器技術在儀表測量與控制中得到了進一步的應用，同時也基本實現了數字化儀表控制，配套的控制系統技術也逐漸開始發展起來。數字化儀表與控制系統技術的發展使得相關物理量的測量精度得到了全面的提升。所謂數字化儀表與控制系統其實是將計算機數字處理技術以及計算機技術引入到儀表測量與控制系統當中來實現測量與控制的技術。隨著數字化儀表與控制系統技術的進一步發展，使用數字處理技術也實現了進一步發展。但是從總體上來看數字化儀表與控制系統還是一種基于FF或DP總線的系統結構，這種結構能接收上位機的命令，并按照上位機所發出的命令收集信息并控制設備運行，而上位機則只需要負責對監測系統進行監管與控制，一般情況下上位機為計算機。在數字化儀表與控制系統當中FF或DP總線都屬于串行數據通信接口，通過菊花鏈形式對設備進行連接，能夠有效實現物理層與數據鏈路層的功能結合，同時還能完成對數據的成幀處理。在最近幾年當中隨著數字化技術的快速發展，數學總線技術也得到了進一步完善，因此數字化儀表與控制系統的功能也更加豐富[1]。

3 數字化儀表與控制系統的實際應用

3.1 智能化控制

目前階段智能化控制技術是各國重點發展的技術，而在智能化控制技術當中數字化儀表與控制技術具有非常重要的作用，也是實現智能化控制的核心所在。所謂智能化控制就是在無人干預的情況之下實現對工業生產的自動干預，而這一技術的實現必須要建立在數字化儀表與控制系統的基礎之上才能實現。數字化儀表的智能控制就是指通過智能控制器自動實現儀表的數據收集，數據存儲和數據處理。智能化儀表內含智能控制器，主要使用了大規模集成電路技術、微處理器技術、接口通信技術，利用嵌入式軟件協調內部操作，使儀表具有智能化處理的功能，在完成輸入信號的非線性處理，溫度與壓力的補償，量程刻度標尺的變換，零點的漂移與修正[2]。

3.2 設備故障的診斷

傳統的設備維護只能通過定期使用儀表對設備進行檢測的方式才能實現，工作人員根據儀表檢測的結果對設備所存在的故障進行判斷并采取對應的預防或者維修措施。而數字化儀表與控制系統的在機械設備中的應用則能夠有效實現對設備故障的診斷。機械設備在運行過程當中所產生的各種參數與指標變化具有明顯的規律性。數字化儀表與控制系統內置的處理器可以實現對機械設備運行數據的分析，并根據儀表所檢測到的數據對設備故障進行判斷，并在總機上直接將相關的故障信息顯示在工作人員面前，工作人員中只需要根據計算機所提供的信息就可以對設備進行管理與維護。通過這種方式工作人員的設備維護工作量可以得到全面的降低，同時還能夠有效提升設備故障診斷的準確率，也可以避免因為人的主觀因素所導致的故障診斷缺陷。

3.3 遠程管理

數字化儀表與控制系統不僅可以實現對機械設備的故障診斷，同時網絡技術的應用還使得通過數字化儀表與控制系統技術能夠實現對機械設備的遠程管理與控制。在實際生產過程當中，人機分離的現象極為常見，但是通過數字化儀表與控制系統技術的應用工作人員可以實現對機械設備的遠程管理，從而有效地提升了生產效率。

4 數字化儀表與控制系統的發展趨勢分析

4.1 系統集成和應用技術

隨著工業設備的大型化、高參數化，對儀器儀表的要求不斷提高。為了實現工業設備的安全啟/停、穩定運行、故障處理等要求，必須把不同廠家生產的各種儀器儀表產品無縫地集成為一個協調系統。如何處理這些儀器儀表產品之間的數據傳遞、信息共享、協調操作等以滿足用戶的要求已經成為一項十分重要的技術，即系統集成技術。另外，以提出整體解決方案（SOLUTION）為目標的應用技術和以優化軟件、先進控制算法為代表的應用軟件也已成為新的發展趨勢。這些技術的發展都為用戶帶來明顯的經濟效益[3]。

4.2 高精度測量

精密測量的實現不僅需要依賴于制造工藝的發展，同時還需要依賴于數字化技術的實現。而數字處理技術的發展則為數字化儀表的高精度測量提供了必要的基礎。但是從實際工業生產的角度來看，現階段數字化儀表與控制系統在精度方面依然無法滿足生產的實際需求。因此，在未來數字化儀表與控制技術必然還會以高精度測量為基本方向，從而滿足工業生產的實際需求。

4.3 智能決策

雖然智能化控制技術已經獲得了較大的發展，但是從總體上來說現階段的數字化儀表與控制技術距離真正的智能化還存在著較大的差距。所謂真正的智能化不盡需要實現自動監測與反饋，同時還需要具備一定的數據分析與處理能力，實現生產效率的進一步提升，即需要實現智能化決策。在隨著人工神經網絡、大數據等現代信息技術的發展，數字化儀表與控制系統的智能決策性能已經得到了一定的提升。

5 結語

為了促進數字化儀表與控制系統技術在實際生產中應用范圍的進一步拓展，并促進數字化儀表與控制系統技術的發展，在本文當中筆者結合自己的實際工作經驗對目前階段數字化儀表與控制系統技術的應用現狀進行了初步分析，并對數字化儀表與控制系統技術在未來的發展方向提出一點建議，希望能對廣大同行提供一些參考。

參考文獻

[1]劉群垚.儀表控制技術創新助力石油化工工廠智能化——第七屆石油化工重大工程儀表控制技術高峰論壇召開[J].電氣時代，2016，（07）：39-40.

[2]張軍.淺析滿功率下常規島儀表控制用壓縮空氣喪失后的機組狀態控制[J].科技視界，2014，（06）：268-271.

[3]欒振華，劉道光，仇少帥，等.基于Simulink仿真技術的壓水堆核電廠儀表控制調試分析研究[J].核動力工程，2013，（05）：108-111.