工业仪表智能化技术的现状及发展趋势分析

【摘要】文章首先介绍工业仪表智能化技术的含义及特征，接着对现代工业仪表智能化技术的发展现状进行阐述和分析，最后全面探讨了工业仪表智能化技术的发展趋势，对相关专业人员掌握及加强对智能仪表的专业知识有一定的现实意义。

【关键词】工业仪表;智能;发展现状;趋势

工业仪表智能化技术是集计算机应用、自动控制、电子、自动化仪表等于一体的跨学科的专业技术。近年来，随着微电子技术、计算机技术的高速发展，智能仪表在工业领域大量普及，呈现出生命力极强的发展前景。

一、工业仪表智能化技术概述

工业仪表“智能化”主要是采用超大规模集成电路和微处理器技术，使用嵌入式软件将“人工智能”、“专家控制”等理论方法和技术运用到仪表内部操作中，以实现工业仪表自主完成某些测量任务，甚至在相关程序的指导下实施某个预定控制动作，能进行较为复杂的计算和误差修正的数据处理。整体来说，即使得工业仪表拥有自主适应、自主学习、自主校正、自主协调、自主组织、自主修复等“拟人智能”的特性或功能。工业仪表智能化技术的应用，不仅能完成输入信号的非线性、压力与温度的补偿、零点错误、故障诊断、量程刻度标尺的变化等基本职能，还能在此基础上实现对工业过程的控制，不断拓展扩散控制系统的功能。这种以电子数字显示形式出现的智能产品，提升仪表性能的同时还能通过网络组成新型的过程来控制系统，更有利于信息通信。智能仪表具有科学自动的操作体系，是一个专用的微型计算机系统。通常情况下，硬件和软件共同构成智能化仪表，其中信号的输入通道、微控制器、标准通信接口、人机交换通道等构成智能化仪表典型的硬件部分。而软件部分则主要包括接口管理程序、监控程序及数据处理程序三大部分。

工业仪表智能化技术所具有的特点如下：首先，开发性强，可靠性高。微处理器与智能仪表的有机结合能够实现“硬件软化”，使用软件替代相关硬件来实现操作者想要的功能，需要对功能做出调整时，仅仅对程序做出适当改变便可。这就在一定程度上减少了元器件，降低了故障发生率，大大促进了仪表可靠性的提升。其次，性能好，精度高。其运算和逻辑判断功能能够有效的消除众多因素引起的误差，使得仪表的测量精度不断提升。再次，具有友好的人机对话能力。通过键盘输入命令能够控制仪表的测量和处理功能。最后，具有可程控操作能力。GP -IB、RS232C、USB等通信接口的应用，使仪表与计算机结合起来，进而拥有可程控操作功能，便于完成更复杂的测试任务。

二、工业仪表智能化技术的发展现状

20实际90年代，仪表的智能化特征突出表现出来，主要是：仪表的设计方面受飞速发展的微电子技术影响而有所创新;在此阶段问世的DSP芯片加强了仪表的数字信号处理功能;具有强大数据处理能力的微型机的发展，更是便利了工业仪表的应用。此外大力增强和普及的图像处理功能、得到广泛应用的VXI总线等都彰显出这一时期仪表的智能化特征。

近年来，仪表的智能化检测控制功能得到全面的发展，国内生产和研究出越来越多的智能化测量监控仪表，比如，智能节流式流量计，通过自动进行差压补偿来实现流量的节省;在程序控温方面有较大成就的智能多段温度控制仪;在数字 PID和其他各项复杂控制规律上进行调节的智能式调节器;智能色谱仪能够实现对各种谱图的分析和数据处理等。而在国际上更是有众多智能测量仪，比如产自美国HONEYWELL公司的DSTJ-3000 系列智能变送器、产自美国 RACA-DANA 公司的 9303 型超高电平表、产自美国 FLUKE 公司的超级多功能校准器 5520A、产自美国 FOXBORO 公司的数字化自整定调节器等。上述智能仪表中，智能变送器能够实现差压制状态下的复合测量，自动补偿变送器本体的温度、静压等，具有精准度高的特点。9303 型超高电平表能够使用微处理器减弱甚至消除电阻中电流流经时产生的一定量的热噪声。而超级多功能校准器 5520A更是在内部应用了三个微处理器，具有强大的稳定性及较完善的线性度。最后数字化自整定调节器巧妙的将专家系统技术运用到设计中，使得调节器能够像经验丰富的控制工程师一样随着现场参数的变化自主整定调节器。

三、工业仪表智能化技术的发展趋势

总的来说，与传统仪表相比，工业仪表智能化技术推动者现代仪表向新的方向发展，尤其是随着计算机和智能机器的发展，进一步推动仪表呈现出虚拟化、网络化、人工智能化发展趋势。

（一）虚拟仪表

一般来说，测量仪器的三大功能为数据采集、数据分析和数据显示，而在虚拟现实系统中，进行数据分析和数据显示在一定程度上可以完全使用PC机上的软件来替代，这也就是说，只要另外拥有相关数据采集硬件设备，就能通过这些设备与PC机进行联合，共同组成全新的测量仪表。我们将这种基于PC机的测量仪器统称为虚拟仪器。并且在虚拟仪器的使用过程中，针对相同的硬件系统，仅仅采取不同的软件编程，就能享受到功能完全不一样的测量仪表，以更好的完成测量。由此可见，虚拟仪器的核心便是其中完整的软件系统，这便是另一个角度上将软件视为仪器的现实依据。相对于传统智能仪表中运用计算机技术的渗透特征，虚拟仪表强调在通用计算机的同时，采取措施更好的将仪器技术渗透到其中。软件系统既身为虚拟仪器的核心，就需要它具有通用性、通俗性、可视性、可扩展性及升级性，以满足为用户谋取利益的基本要求，这就决定了虚拟仪表与传统智能仪表相比更为前瞻的应用前景和市场。

（二）网络化

现阶段，随着网络和计算机技术的飞速发展和快速进步，工业控制和智能仪表系统设计领域越来越多的渗透着网络技术，这些网络技术自身含有的通讯功能能够帮助智能仪表实现系统的构建，并且能够在一定程度上对新的、初设计完成的智能仪表系统进行远程升级、系统维护及相关功能重置等方面的保障。比如，由LATTICE半导体公司提出的In System Programming（在系统编程技术，简称ISP），作为一种对软件进行修正、组态或者重组的最新技术，它能够使人们在产品设计、制造、售后等每个阶段都能组态或重组产品的器件、电板路甚至整个电子系统的逻辑和功能。相对于传统技术中存在的一些限制和连接弊病，ISP运用先进技术予以消除，以更好的进行在板设计、制造和编程。此外，编程ISP不必像传统仪表一样需要专门的编程器及复杂的流程，这是因为ISP器件完全可以通过印刷电路板（PCB）进行处理，也可以通过PC机、 INTERNET 远程网、嵌入式系统处理器等进行编制。

（三）人工智能化

作为计算机应用的一个全新的领域，人工智能旨在使用计算机来实现对某些人类所具有的独特的智能进行模拟，就目前来说，人工智能主要涉及医疗诊断、机器人、专家系统、推理证明等领域，并随着计算机技术和网络技术的发展，逐渐向智能仪表研究和应用中渗透。智能仪表逐渐趋向人工智能化，其进一步发展将会或多或少的带有一定的人工智能，就是说人工智能使得仪表在视觉、听觉、思维等方面拥有一定的能力，进而替代人的一部分脑力工作。在这种情况下，即使没人进行干预，智能仪器也能自发自主的完成检测或控制功能。更为重要的是，在现代仪表中渗透人工智能，能够使人们在面对传统方法解决不了的难题时，有新的思路和方法。

四、结语

伴随着微电子技术、计算机技术及测量控制技术等的不断发展和彼此渗透，工业仪表智能化技术得到大量普及和发展，使得智能仪表极大的扩充了传统仪表的应用范围，表现出广阔的发展前景。可以预见，不久的将来，社会各个领域都将迅速普及各种功能的智能仪表。

参考文献

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[5]隋洪敏.自动化仪器仪表的发展方向探讨[J].硅谷，2013，（3）.

作者简介：

杨少明（1985—），男，山东烟台人，郑州大学硕士研究生，惠生工程（中国）有限公司设计中心工程师，主要研究方向：工业仪表。

王永瑞（1987—），男，河北唐山人，郑州大学硕士研究生，惠生工程（中国）有限公司设计中心工程师，主要研究方向：工业供电。

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