自动化仪表的智能化

【摘 要】自动化仪表是工业自动化控制系统中的重要组成部分。是集微处理器技术、新型显示技术、记录技术、数据存储技术和控制技术于一体，把信号检测处理、显示、记录、数据储存、通信、控制、复杂数学运算等多个或全部功能集合于一体的功能丰富、使用方便、观察直观、可靠性高的仪表。本文主将要从显示仪表和记录仪表的现状和发展情况进行论述，以提高自动化仪表在现实生产生活中的应用，促进工业自动化控制系统的实施。

【关键词】自动化仪表；显示仪表；模拟；数字；记录仪表

0.引言

在电力建设与发展中，自动化仪表在实际中的应用越来越广泛，并且自动化仪表的类型也越来越丰富。上世纪80年代初至90年代中，随着微电子和微处理技术的迅速发展，显示直观、测量精确度高、具有PID自整定等功能的显示仪表和多通道、万能输入、大容量测量数据电子存储功能的记录仪表得到快速发展，在工业自动化系统中占有重要地位，促进了当时我国电力、石油、化工、冶金、机械等各个行业自动化水平的提高。

1.显示仪表

1.1模拟显示仪表

模拟显示仪表一般是用指针来指示测量值，有全量程指示和偏差指示两种形式。输入信号是从各种变送器送来的统一信号（直流4～20毫安），也有将指示仪表与传感器直接相连。有的仪表还具有控制输出功能。最常用的是动圈式指示调节仪。标尺长度为100毫米，指示精度为1级。它有红、黑两根指针。当偏差值等于零时，两根指针重叠。指示器采用张丝支承式结构，灵敏度高，使用寿命长。这种仪表操作方便，维修简单，价格低廉，并可与各种变送器适配，因此在过程检测控制仪表中得到广泛的应用。

它一般安装在仪表盘上，供操作人员监视和控制现场作业。70年代以来，新型的发光器件不断出现，正在逐渐取代传统的指针式指示仪表。

1.2数字显示仪表

数字显示仪表采用的显示器件有荧光数码管、液晶显示器和发光二极管（又称 LED数码管）等。它是在模拟式指示仪表的基础上发展起来的。特别在60年代末数字集成电路的出现，使数字显示仪表得到迅速的发展。

数字显示与模拟指示比较，具有分辨率高、量程大、读数方便、没有视差、便于与计算机相连等优点。通常在要求精确读数时才使用数字式显示仪表。数字式指示调节仪能显示设定值、测量值和偏差值，并有上、下限设定，报警输出和控制功能。数字式显示仪表按采用的原理、显示功能、点数分成多种类型。它与各种变送器相配对被测量进行显示和控制。一般备有打印输出装置并且可与计算机相连接。70年代末出现的带有微处理机的各种智能化数字式显示仪表，具有显示精度高、自校准、自诊断等功能，可与计算机进行通信。

2.记录仪表

记录仪表给出的记录可以是模拟的（连续或断续线条），也可以是数字的；可记录一个量或多个量的值，如温度记录仪、气压记录仪、记录式光谱仪、热释光剂量计等。

2.1自动平衡记录仪表

自动平衡记录仪表是以平衡法作为基本测量原理的仪表。自20世纪50年代问世以来，得到普遍应用的有自动平衡电位差计和自动平衡电桥两种电路。

2.1.1电位差计电路

输入信号为直流毫伏电压或温差电偶的电势。输入信号EX与滑线电阻上的电压ES进行比较，产生的偏差值（EX- ES）送入放大器，在放大器中变换成交流信号后进行放大，再经功率放大后驱动伺服电机。伺服电机带动滑线电阻的接点、指针和记录笔一起移动，直到偏差值等于零为止。因此记录笔描绘的是与输入信号EX相等的ES值。全量程时笔的平衡时间小于3秒。记录纸由同步电机带动，连续记录。

2.1.2平衡电桥电路

测量电阻Rt（如热电阻等）为桥路的一个臂。当温度变化时，Rt随之发生变化。同时伺服电机转动，使桥路平衡。此时Rt：R3=（R1+RS）：（RA+R2）。滑线电阻的接点跟踪Rt的变化来记录测量的温度。这种仪表在实际使用时必须进行线性化处理，方能达到规定的精度。它与各种变送器相配，可记录各种物理参数，如温度、压力、流量、物位等，还可与各种温差电偶、热电阻直接相连，广泛用于温度测量。

2.2混合式记录仪表

采用微型计算机的具有模拟和数字记录功能的仪表，又称高速打点记录仪。

它与平衡记录仪表比较，有下列三个主要优点：

（1）它以表格的形式将不同输入信号的线性化处理和标准接点的温度补偿存储在只读存储器中，以提高精度和节省硬件。

（2）由于采用新型的记录元件，可实现高速多点记录和模拟、数字的混合记录。

（3）具有运算、判别、程序控制功能，因而显示标度、量程、走纸、报警设定和记录方式等都可任意选择。

模拟量输入信号可以通过多路切换开关以0.2秒切换一点的速度依次采样，对应于预先设定的测量量程进行放大，然后经过积分型模数变换器转换成数字量信号。这个数字信号送到运算、控制单元，根据不同的输入信号进行线性化处理和报警运算等，并作为显示数据存储在随机存取存储器中。同时，这个数据被变换为相应的记录位置数据。

混合式记录仪表中数字、模拟记录是可以同时进行的。测量条件是通过显示器和面板上的键来设定的。仪表具有标准仪器接口，可与上位计算机进行通信联系，实现数据输出和由外部设定测量条件。70年代以来已研制出带有阴极射线管显示器的数据采集记录仪，可实现人机对话等多种功能。

3.自动化仪表的发展

3.1智能自动化技术

未来仪器仪表的发展趋势是以智能化、信息化为主导，部分的仪表仪器已将专家系统技术应用到测量工作中，根据专家系统发出的指令及其所接收到的信息自动地对工作状态进行转换，同时可对转换过来的工作程序进行自动计算，纠错使工作处在最佳状态。

3.2企业信息化

企业信息化是实现企业长足发展的主导力量。记录仪表的技术包括了信息采集、信息处理及信息的应用，企业信息化也就是企业对企业有关信息的集成和整合。

3.3无线通讯技术

工业无线通信技术的应用是近几年自动化仪表领域显著的亮点，主要表现在：基于WPAN、基于WLAN、无线公网等各种方案，针对特定的对象和应用等，无线通信技术将会自动化仪表的核心应用技术。

4.结束语

总之，随着信息时代的到来及工业化进程的不断加快，我们要加快研发先进技术的步伐，掌握信息技术的核心部分， 将信息技术融入到仪器仪表中，使其真正意义实现自动化，智能化。进而促使我国工业领域及其他领域经济的快速发展。

【参考文献】

[1]林金泉.自动检测技术.北京：化学工业出版社，2001.

[2]杨振江.智能仪器与数据采集系统总的新器件及应用.西安：西安电子科技大学出版社，2002.

[3]王静.自动化仪表网络化实现技术研究.西安：西安电子科技大学出版社，2009.

[4]汪建.电测仪表.北京：中国电力出版社，2010.

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