工业自动化仪表认识

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自动化仪表

之工业自动化仪表的认识

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2013年 5月15 日

自动化仪表之工业自动化仪表认识

引言

自动化仪表是用以实现信息的获取、传输、变换、存储、处理与分析，并根据处理结果对生产过程进行控制的重要技术工具。自动化仪表是由若干自动化元件构成的，具有较完善功能的自动化技术工具。它一般同时具有数种功能，如测量、显示、记录或测量、控制、报警等。自动化仪表本身是一个系统，又是整个自动化系统中的一个子系统。自动化仪表是一种“信息机器”，其主要功能是信息形式的转换，将输入信号转换成输出信号。信号可以按时间域或频率域表达，信号的传输则可调制成连续的模拟量或断续的数字量形式。

为了深入了解自动化仪器仪表技术的发展，详细分析了自动化仪表及其发展历程、介绍近来自动化仪表行业的巨大进步。简单讨论了自动化仪表在未来工业应用的发展方向以及中国仪器仪表行业发展所遇到难题。

发展历史

工业仪表在我国出现较早，刚开始出现时主要运载在冶金、热能动力、石油炼制以及化工等热力生产行业中，所以在当时工业仪表被称作是热工表。最早生产出的工业仪表主要有液动式以及机械式两种，而且体积也较大，主要作用是进行检测记录与简单的控制，运用起来极不灵活而且功能较少，不能够在工业生产中发挥很大的作用。后来人们对这种工业仪表进行了发展与优化，针对其不能进行远程控制的问题研制除了气动仪表，这种仪表具备了压力信号与远程发送器，可以进行远距离的检测记录与控制，在这个基础上有出现了可调节的电子仪表。在二十世纪五十年代左右，首次出现了电动式仪表，它主要是利用各种电子仪器对工业仪表进行控制。再后来，集成电路与半导体技术得到了一定的发展出现了计算机信息技术，这才逐渐出现了自动化技术，计算机技术的发展带动了自动化技术的发展，并开始在化工行业中得到运用。

工业自动化仪表的真正出现是在二十世纪的八十年代，人们通过一种控制装置把自动化技术与工业仪表进行了有效结合，然后通过组装的电子设备进行综合控制，后来随着控制技术的不断发展，自动化技术逐渐成为了工业仪表发展的主要工具，也就出现了真正的工业自动化仪表。随着自动化仪表技术的不但发展，其体积越来越来，功能越来越全，在工业生产中发挥的作用也越来越明显，成为现代工业发展必不可少的一个重要工具。

发展方向

工业自动化仪表重点发展基于现场总线技术的主控系统装置及智能化仪

表、特种和专用自动化仪表。从市场需求看，我国工业自动化市场需求日旺。据中国仪器仪表协会预测，到十一五末，工业自动化市场需求将超过1000亿元。另随着国家对民生关注的大大提高，一些与民生相关的需求也提到日程上来，也对仪器仪表提出新的要求和市场需求。

信息技术的进步推动了工业自动化仪表与控制系统的向前发展，现就以下几个方向，简述于下：

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。例如过去当流量仪表需要进行温度，压力的补偿时需要分别测量流量，温度和压力的三台变送器，并且需要运算器来计算，而现在一台智能化的流量变送器就可以包揽这一任务；又如一台智能化执行器，由于具有多种的自诊断功能，使维修预报成为可能。如当执行器调节阀的阀杆行程累计超过一定长度时，就会发出信号通知维修人员进行密封填料的更换；又当阀门的动作过于频繁时也可通知工作人员进行干预，以免发生事故；当用于具有腐蚀性介质时，如超过一定流量及工作时间时，也能发出信号，以便及时更换，因为绝不会发生腐蚀的材质是没有的。在工业控制控方面，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。

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，到年低，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无线、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无线标准。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。

安全仪表系统（SIS）

随着生产规模的日益扩大，一旦发生事故，不但在经济上会造成巨大的损失，而且人员伤亡和对环境的影响均非同小可，因此生产的安全问题日益受重视。目前，一些化工或石化企业的安全系统，如ESD紧急停车是由专门的PLC

如TRICONES来负责管理，这样企业的控制系统就由两大部分组成，即DCS与专门的PLC。由于新型DCS的功能不断扩大，已经有了安全仪表系统（SIS），因此也可以用一套具有SIS功能的DCS来统一管理，这样业主当然欢迎。但保险公司需要第三方的认证，而认证就要有量化的概念，因此IEC 制定了标准，将安全等能分为四级。所谓SIL全名为安全完整性等级。根据目前的制造水平，变送器的安全等级仅为SIL2，若要满足SIL3的要求，可采取冗余措施，至于DCS，目前一些大的DCS制造商都已通过了TUV认证，达到了SIL3。按照目前的社会的生产水平，只要符合SIL3的标准就可以满足化工及重石化行业的安全要求了。因此越来越多的仪表制造厂商使其产品具有SIS的功能，这是当前的一个热点。

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。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。

结论

随着科学技术的进步，自动化检测仪表以其测量精确、显示清晰、操作简单等特点，在工业生产得到广泛的应用。然而，工业自动化仪表的发展也受到很多方面的制约。例如：科技含量的欠缺，创新能力较差，市场较为混乱等问题。

自动化仪表尤其在在工业自动化现场仪表的发展进程，不难看出计算机技术对现代自动化仪表技术发展起到了十分积极的促进作用，计算机网络与工业生产局域网的融合又大大丰富和发展了现代自动化控制技术。针对目前国内自动化仪表行业发展所遇到一些问题，相信在行业逐渐成熟的背景下，这些问题能逐一解决。新一代自动化仪表在计算机网络技术支持下，在工业生产中得到越来越广泛的应用。

参考文献

1 陈毅静王再英刘淮霞过程控制系统与仪表

2 赵茂泰智能仪器原理应用