自動化儀表控制系統(tǒng)探析

黃鸝

大慶聯(lián)誼集團 大慶 163000

自動化儀表控制系統(tǒng)探析

黃鸝

大慶聯(lián)誼集團 大慶 163000

當(dāng)今世界已經(jīng)進入信息時代，信息技術(shù)成為推動科學(xué)技術(shù)和國民經(jīng)濟高速發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。具備工業(yè)IT特征的以現(xiàn)場總線為主的智能化儀器儀表與自動化控制系統(tǒng)無疑是信息化帶動工業(yè)化的最主要技術(shù)手段。本研究主要論述了自動化儀表與控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，為儀器儀表行業(yè)的發(fā)展研究提供了一定的參考依據(jù)。

自動化儀表；計算機控制系統(tǒng)；嵌入式

目前，在我國電力、石油、冶金、化工、建材、輕工等工業(yè)領(lǐng)域的企業(yè)新建和改造過程中，除工藝流程和工藝設(shè)備外，企業(yè)更重視自動化儀表和控制系統(tǒng)，以增加產(chǎn)品品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，獲取更多利潤。而且企業(yè)要安全地生產(chǎn)，達到國家對環(huán)保的要求，需要用新的檢測技術(shù)，功能更強的控制方法來控制生產(chǎn)過程，對系統(tǒng)的可靠性、精確度、乃至操作和維護以及節(jié)省投資方面提出了更高的要求。因此企業(yè)用戶需要了解國際上新的檢測技術(shù)和控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r及其新產(chǎn)品在應(yīng)用方面的經(jīng)驗；而儀表制造廠則必須研究、開發(fā)與生產(chǎn)適銷對路的產(chǎn)品，并要在改造現(xiàn)有企業(yè)方面提供系統(tǒng)集成解決方案。

自動化儀表通常包括流量、壓力、溫度等各種儀表。自動化儀表通常同時具備幾種功能，比如測量或者記錄、顯示、控制以及自動報警等，普遍用于石化、冶金、電力、科學(xué)研究以及國防等領(lǐng)域的自動化控制。自動化儀表控制系統(tǒng)是各類生產(chǎn)裝置的神經(jīng)中樞，一方面對設(shè)備運轉(zhuǎn)進行監(jiān)測，另一方面對裝置的基本參數(shù)進行調(diào)整和控制。

一、自動化儀表行業(yè)的主要發(fā)展趨勢

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進步，企業(yè)對自動化儀表提出了更高更新的要求。伴隨著新的工作原理和新材料的出現(xiàn)，催生出新的自動化儀表，例如利用超聲波、微波、射線、紅外線、核磁共振、超導(dǎo)、激光等原理和采用各種新型半導(dǎo)體敏感元件、集成電路、集成光路、光導(dǎo)纖維等元器件，生產(chǎn)出各種新型的測控儀表，為企業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn)精細化、管理標(biāo)準(zhǔn)化提供了支撐。

1、智能化

從工業(yè)自動化儀表的發(fā)展趨勢看，智能化是其核心部分。所謂智能化表現(xiàn)在其具有多種新功能。在工控方面，過去控制的算法，只能由調(diào)節(jié)器或DCS 來完成，如今一臺智能化的變送器或者執(zhí)行器，只要植入PID模塊，就可以與有關(guān)的現(xiàn)場儀表在一起實現(xiàn)自主調(diào)節(jié)，提高了整個系統(tǒng)的可靠性。

2、高精度化

由于工業(yè)生產(chǎn)對成品質(zhì)量的要求日益提高，國家的政策和法令對節(jié)能減排也有更高的要求，因此提高測量儀表與控制系統(tǒng)的精度就被提上了議事日程。例如用于貿(mào)易交換計量的科氏質(zhì)量流量計，精度已達到百分之零點零五，部分氣體超聲波流量計的準(zhǔn)確度已達到百分之零點五，同時新一代的DCS也以此作為一個重要的指標(biāo)。當(dāng)前一些新建的大型項目，在招標(biāo)時，對有關(guān)產(chǎn)品的精度已提出明確的要求。這既是一個門檻，也是一種對制造廠商的資源的要求。

3、無線化

現(xiàn)場總線本來是一種非常有前途的技術(shù)，理應(yīng)得到迅速的發(fā)展和推廣，但由于國際標(biāo)準(zhǔn)的過多，影響了推廣，例如第一代總線型的現(xiàn)場總線的國際標(biāo)準(zhǔn)已達到10多種，加上第二代的實時工業(yè)以太網(wǎng)，其國際標(biāo)準(zhǔn)可能會有20多種，而第三代的總線通信方案又在興起，而且各大跨國公司和有關(guān)組織都在制定各自的標(biāo)準(zhǔn)，目前知道的就有HART、ISA的SP100、IEC、還有艾默生、西門子等一些大公司都在制定各自的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)過多，對用戶來講，實在不是一個好兆頭，用戶希望能夠通過努力，制訂出單一的國際的標(biāo)準(zhǔn)。

工業(yè)生產(chǎn)要求高產(chǎn)，穩(wěn)定，優(yōu)質(zhì)，低耗，安全，環(huán)保。隨著生產(chǎn)規(guī)模越來越大，如火電機組已有100萬KW的超臨界機組；煉油企業(yè)達到了1000萬噸級，乙烯裝置也達到了100萬噸的規(guī)模，測量和控制的點數(shù)不斷增加，一般已達萬點以上。如果現(xiàn)場儀表能夠?qū)崿F(xiàn)通信無線化，電纜和維護的工人量都會大大減少，施工設(shè)計部門和最終用戶都是會歡迎的，因此研發(fā)近距離，低功耗可靠的無線通信是當(dāng)前的一個亮點。

4、網(wǎng)絡(luò)化

現(xiàn)場總線技術(shù)采用計算機數(shù)字化通信技術(shù)，使自動控制系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備加入工廠信息網(wǎng)絡(luò)，成為企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)底層，可使智能儀表的作用得以充分發(fā)揮。隨著工業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，有可能不久將會出現(xiàn)以網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系為主要特征的新型自動化儀表，即IP智能現(xiàn)場儀表，如：基于嵌入式Internet的控制網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，其特點是：首先Ethernet貫穿于網(wǎng)絡(luò)的各個層次，它使網(wǎng)絡(luò)成為透明的，覆蓋整個企業(yè)范圍的應(yīng)用實體。它實現(xiàn)了真正意義上的辦公自動化與工業(yè)自動化的無縫結(jié)合，因而我們稱它為扁平化的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。其良好的互連性和可擴展性使之成為一種真正意義上的全開放的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，一種真正意義上的大統(tǒng)一。因此，基于嵌入式Internet的控制網(wǎng)絡(luò)代表了新一代控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢，新一代智能儀表一IP智能現(xiàn)場儀表的應(yīng)用將越來越廣泛。

5、開放性

現(xiàn)在的測控儀器越來越多采用以Linux、VxWork等嵌入式操作系統(tǒng)為系統(tǒng)軟件核心和高性能微處理器為硬件系統(tǒng)核心的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，未來的儀器儀表和計算機的聯(lián)系也將會日趨緊密。Agilent公司表示儀器儀表設(shè)備上應(yīng)當(dāng)具備計算機的所有接口，使用這樣的儀器儀表設(shè)備和操作一臺簡易電腦簡直是如出一轍。通過網(wǎng)絡(luò)形成具有特定功能的測控系統(tǒng)，實現(xiàn)了多種智能化現(xiàn)場測控設(shè)備的開放式互連系統(tǒng)。

二、自動化儀表控制系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢

工業(yè)控制自動化技術(shù)是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其它信息技術(shù)，對工業(yè)生產(chǎn)過程實現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術(shù)，主要包括工業(yè)自動化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。工業(yè)控制自動化技術(shù)作為20世紀現(xiàn)代制造領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一，主要解決生產(chǎn)效率與一致性問題。雖然自動化系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益，但它對企業(yè)生產(chǎn)過程有明顯的提升作用。

分布式控制系統(tǒng)為一種全新的計算機控制系統(tǒng)，它是基于集中式控制系統(tǒng)逐步發(fā)展與演變出來的。它是主要由一個過程控制級以及過程監(jiān)控級所構(gòu)成的利用通信網(wǎng)絡(luò)作為其紐帶的系統(tǒng)，將現(xiàn)代計算機技術(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)進行綜合，其指導(dǎo)思想是集中操作與分散控制與集中操作、分級管理以及配置靈活等。

我國的工業(yè)自動化目前還處于相對落后的水平，已逐漸無法滿足現(xiàn)代工業(yè)自動化智能控制的需求。隨著計算機高新技術(shù)的蓬勃發(fā)展，工業(yè)自動化同樣迎來了新的機遇與挑戰(zhàn)。這就要求我們能牢牢抓住機遇，勇于和善于迎接挑戰(zhàn)，大刀闊斧，開拓創(chuàng)新，力爭新一代工業(yè)自動化產(chǎn)業(yè)達到或接近國外一流水平。