自动化仪表控制系统探析

【摘 要】当今世界已经进入信息时代,信息技术成为推动科学技术和国民经济高速发展的关键技术.具备工业IT特征的以现场总线为主的智能化仪器仪表与自动化控制系统无疑是信息化带动工业化的最主要技术手段.本研究主要论述了自动化仪表与控制系统的现状与发展趋势,为仪器仪表行业的发展研究提供了一定的参考依据.

【关 键 词】自动化仪表；计算机控制系统；嵌入式

目前,在我国电力、石油、冶金、化工、建材、轻工等工业领域的企业新建和改造过程中,除工艺流程和工艺设备外,企业更重视自动化仪表和控制系统,以增加产品品种,提高产品质量,降低成本,获取更多利润.而且企业要安全地生产,达到国家对环保的要求,需要用新的检测技术,功能更强的控制方法来控制生产过程,对系统的可靠性、精确度、乃至操作和维护以及节省投资方面提出了更高的要求.因此企业用户需要了解国际上新的检测技术和控制系统的发展状况及其新产品在应用方面的经验；而仪表制造厂则必须研究、开发与生产适销对路的产品,并要在改造现有企业方面提供系统集成解决方案.

自动化仪表通常包括流量、压力、温度等各种仪表.自动化仪表通常同时具备几种功能,比如测量或者记录、显示、控制以及自动报警等,普遍用于石化、冶金、电力、科学研究以及国防等领域的自动化控制.自动化仪表控制系统是各类生产装置的神经中枢,一方面对设备运转进行监测,另一方面对装置的基本参数进行调整和控制.

一、自动化仪表行业的主要发展趋势

随着现代科学技术的不断发展进步,企业对自动化仪表提出了更高更新的要求.伴随着新的工作原理和新材料的出现,催生出新的自动化仪表,例如利用超声波、微波、射线、红外线、核磁共振、超导、激光等原理和采用各种新型半导体敏感元件、集成电路、集成光路、光导纤维等元器件,生产出各种新型的测控仪表,为企业实现生产精细化、管理标准化提供了支撑.

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实现自主调节,提高了整个系统的可靠性.

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更高的要求,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.例如用于贸易交换计量的科氏质量流量计,精度已达到百分之零点零五,部分气体超声波流量计的准确度已达到百分之零点五,同时新一代的DCS也以此作为一个重要的指标.当前一些新建的大型项目,在招标时,对有关产品的精度已提出明确的要求.这既是一个门槛,也是一种对制造厂商的资源的要求.

3.无线化

现场总线本来是一种非常有前途的技术,理应得到迅速的发展和推广,但由于国际标准的过多,影响了推广,例如第一代总线型的现场总线的国际标准已达到10多种,加上第二代的实时工业以太网,其国际标准可能会有20多种,而第三代的总线通信方案又在兴起,而且各大跨国公司和有关组织都在制定各自的标准,目前知道的就有HART、ISA的SP100、IEC、还有艾默生、西门子等一些大公司都在制定各自的标准.标准过多,对用户来讲,实在不是一个好兆头,用户希望能够通过努力,制订出单一的国际的标准.

工业生产要求高产,稳定,优质,低耗,安全,环保.随着生产规模越来越大,如火电机组已有100万KW的超临界机组；炼油企业达到了1000万吨级,乙烯装置也达到了100万吨的规模,测量和控制的点数不断增加,一般已达万点以上.如果现场仪表能够实现通信无线化,电缆和维护的工人量都会大大减少,施工设计部门和最终用户都是会欢迎的,因此研发近距离,低功耗可靠的无线通信是当前的一个亮点.

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,有可能不久将会出现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,如：基于嵌入式Inter的控制网络体系结构,其特点是：首先Ether贯穿于网络的各个层次,它使网络成为透明的,覆盖整个企业范围的应用实体.它实现了真正意义上的办公自动化与工业自动化的无缝结合,因而我们称它为扁平化的工业控制网络.其良好的互连性和可扩展性使之成为一种真正意义上的全开放的网络体系结构,一种真正意义上的大统一.因此,基于嵌入式Inter的控制网络代表了新一代控制网络发展的必然趋势,新一代智能仪表一IP智能现场仪表的应用将越来越广泛.

5.开放性

现在的测控仪器越来越多采用以Linux、VxWork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,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.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.

二、自动化仪表控制系统的主要发展趋势

工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术,对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策,达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术,主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分.工业控制自动化技术作为20世纪现造领域中最重要的技术之一,主要解决生产效率与一致性问题.虽然自动化系统本身并不直接创造效益,但它对企业生产过程有明显的提升作用.

分布式控制系统为一种全新的计算机控制系统,它是基于集中式控制系统逐步发展与演变出来的.它是主要由一个过程控制级以及过程监控级所构成的利用通信网络作为其纽带的系统,将现代计算机技术、现代通信技术、现代图形显示技术以及现代控制技术即4C技术进行综合,其指导思想是集中操作与分散控制与集中操作、分级管理以及配置灵活等.

我国的工业自动化目前还处于相对落后的水平,已逐渐无法满足现代工业自动化智能控制的需求.随着计算机高新技术的蓬勃发展,工业自动化同样迎来了新的机遇与挑战.这就要求我们能牢牢抓住机遇,勇于和善于迎接挑战,大刀阔斧,开拓创新,力争新一代工业自动化产业达到或接近国外一流水平.