简析仪表自动化的应用与发展趋势

【摘要】作为电气工程自动化控制分支之一的仪表自动化，具有特殊性和重要性。自动化仪表的测量结果精确、显示清晰、操作简单、人为误差小等优点，在生产生活中应用广泛。本文浅析了仪表自动化的发展趋势。

1、自动化的优点

该设备的关键特征是使用电脑科技，其体现了电脑的运算功效等，不需要非常大的规模，而且生产费用也变少了，有着显著的稳定性特征。

1.1仪表的存储功能。

对于过去的仪表使用的是组合逻辑等电路，它只可以在一个单独的时间之中记载很简单的内容，在下一个状态发生的时候，之前的就已经不存在了，它的记忆是很短时间的。不过在电脑引入设备之后，因为它的存储设备是时间区域的记载，并且是短时间的，因此当通电之后，就能够持续的存在，同时还能够记载很多的状态内容，进而对其处理。

1.2仪表功能的可拓展性

由于软件的发展，其在很大的层次上替代了硬件逻辑的电路，像是使用一些抽象的运算步骤代替了那些繁琐的电路。尤其是在控制电路里应用一些接口芯片的位控特性进行一个复杂功能的控制，它的编程非常的简便。假如使用硬件的话，就要靠着很多的控制以及定时的电路来完成。因此，将软件放到其中的话，能够精简硬件构造，进而可以替代常规的电路了。

1.3设备具有电脑功效和信息处理的功效

因为其中具有小型的电脑，所以能够开展一些非常繁琐的运算，而且有着非常好的精确性。在设备之中可以开展很多的运算以及比对活动。

2、仪表自动化的应用种类

2.1压力类仪表

在工业生产中，要通过对于压力的控制来达到生产的要求，电气化系统就涉及到了生产中的压力控制区域。电气仪表从最初的压力计测量方式开始发展，其工作原理是利用导压管道来连接压力计，以达到对生产过程中压力的观察与控制。这种样的观察是建立在保护生产设备，防止压力过高损坏设备，也防止压力过低影响生产效率的目的上的。一般来说，压力类的仪表有压力传感器和压力变送器等几种。都是通过仪表自动化来达到对压力的实时观测，同时还具备着数据传递与处理的功能。

2.2温度类仪表

生产过程中所涉及到的温度控制也属于电气类仪表的工作范围。而温度类仪表就是应用在需要进行温度监控的生产环节中。最初的温度类仪表是以热电阻与热电偶来进行温度控制与监测的，发展到现在，智能化的电子温度仪表已经在生产中占有了主体地位。总的来说，具有自动化功能的温度类仪表是以总线技术来进行采温设备数据收集与处理的。首先由采温设备把生产过程中的温度变化实时收集上来，再通过总线系统来传输至微电脑控制芯片中。由于电子技术的发展，目前的温度类自动化仪表对于所采温度的度数范围已经越来越广，而同时其微电脑芯片的处理系统也可以把采温设备传输来的温度进行实时处理或者报警，以供操作人员参考。

2.3物位类仪表

对生产设备的位置进行实时记录与测量的仪表为物位类仪表。这类仪表主要应用于化工生产中对试样高度的测量；石油生产中对输油管理油面位置的测量；铁道建设中应用在电气化工程的激光测距等。

2.4流量流速类仪表

通过对于单位时间内流经相应的横截面积流体的质量和体积来进行相关数据测量工作的仪表为流量流速类仪表。这类仪表同时还可以对管道中一定时间内的流量所占的体积与质量进行数据测量工作。

3、自动化仪表发展趋势

3.1智能化

从工业自动化仪表的发展趋势看，智能化是其核心部分，所谓智能化表现在其具有多种新功能。在工控方面，过去控制的算法，只能由调节器或DCS来完成，如今一台智能化的变送器或者执行器，只要植入PID模块，就可以与有关的现场仪表在一起，在现场实现自主调节；从而实现控制的彻底分散，从而减轻了DCS主机的负担，使调节更加及时，并提高了整个系统的可靠性。

3.2高精度化

由于工业生产对成品质量的要求日益提高，国家的政策和法令对节能减排也有具体的要求和规定，因此提高测量仪表与控制系统的精度就被提上了议事日程。例如变送器的精度，普遍从百分之零点七五提高到百分之零点零四。

3.3总线化

过程控制系统自动化中的现场设备通常称为现场仪表。现场总线技术的广泛应用，使组建集中和分布式测试系统变得更为容易。然而集中测控越来越不能满足复杂、远程及范围较大的测控任务的需求，必须组建一个可供各现场仪表数据共享的网络，现场总线控制系统（FCS）正是在这种情况下出现的。它是一种用于各种现场智能化仪表与中央控制之间的一种开放、全数字化、双向、多站的通信系统。目前现场总线已成为全球自动化技术发展的重要表现形式，它为过程测控仪表的发展提供了千载难逢的发展机遇，并为实现进一步的高精度、高稳定、高可靠、高适应、低消耗等方面提供了巨大动力和发展空间。

3.4网络化

现场总线技术采用计算机数字化通信技术，使自动控制系统与现场设备加入工厂信息网络，成为企业信息网络底层，可使智能仪表的作用得以充分发挥。随着工业信息网络技术的发展，以网络结构体系为主要特征的新型自动化仪表，即IP智能现场仪表代表了新一代控制网络发展的必然趋势，基于嵌入式Internet的控制网络体系结构。

3.5开放性

现在的测控仪器越来越多采用以Windows/CE、Linux、VxWorks等嵌入式操作系统为系统软件核心和高性能微处理器为硬件系统核心的嵌入式系统技术，未来的仪器仪表和计算机的联系也将会日趋紧密，Agilent公司表示仪器仪表设备上应当具备计算机的所有接口，如USB接口、打印机接口、局域网网络接口等，测量的数据也应通过USB接口存储在可移动存储设备中，使用这样的仪器仪表设备和操作一台简易电脑简直是如出一辙。齐备的接口可连接多种现场测控仪表或执行器设备，在过程控制系统主机的支持下，通过网络形成具有特定功能的测控系统，实现了多种智能化现场测控设备的开放式互连系统。

4、仪表自动化的发展趋势的措施

4.1传感器的应用

仪表中采集数据的单元式传感器，是仪表的重要组成部分，自动化的发展方向由传感器的发展引领，传感器的发展与仪表自动化的发展方向有直接关系。随着科技的发展，传感器的发展方向是高度集成化、新技术高度集中。新技术包括激光技术，光控技术，核磁共振技术等，以及非线性，前馈和滞后等技术等在传统的调节规律中的应用，满足自动化仪表的要求。新材料的发展为传感器的材质选择提供了众多选择。为仪表的集成化、微型化提供了物质条件。

4.2可编程控制器的应用

通常我们通过分析传感器收集到的数据，然后根据设定的程序发出控制命令，称之为可编程控制器，即PLC。在仪表自动化中，可编程控制器的应用表现为微处理器的应用，即硬件中的逻辑电路由软件代替，软件编程控制复杂电路的复杂功能代替硬件中控制和定时用的大套电路，达到简化硬件电路结构的目的，同时使得仪表逐渐集成化、体积小。

4.3调节器的运用

调节器的发展方向是智能化。早在八十年代初期，伴随着微处理器的不断创新和发展，作为仪表自动化一部分的调节器的发展方向变为智能型数字式，仪表自动化中调节器的功能性大幅度提高的原因包括数字式的设定及其运算功能的加强，可同时输入多种制式信号，PID自整定，EEPROM技术的运用等，同时伴随着通信技术的不断发展，在调节器中广泛应用遥控和遥测技术，使得工业生产中的可控性提高，同时便于操作。

5、结束语

众所周知，仪表作为电气系统测量和显示的仪器，是对信息进行采集的重要工具。随着电气工程行业及电气技术的不断发展，目前仪表自动化技术已经得到了越来越广泛的应用。

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