薄江

引言：隨著技術(shù)的進步和人工智能的發(fā)展，設(shè)備中自動化儀表控制系統(tǒng)的地位越來越重要，嵌入式微計算機的應(yīng)用改變了自動化儀表的結(jié)構(gòu)概念和設(shè)計觀點，對系統(tǒng)發(fā)展也產(chǎn)生了較大影響。

一、自動化儀表控制系統(tǒng)的簡要介紹

自動化儀表控制系統(tǒng)是一個設(shè)備的神經(jīng)中樞，發(fā)揮對設(shè)備是否正常運轉(zhuǎn)進行監(jiān)測的作用，也可以為調(diào)整設(shè)備的基本技術(shù)參數(shù)提供參考。自動化儀表主要是由一些自動化元器件組成的，具備十分完善的自動化功能的一種技術(shù)工具。它通常同時具備好幾種功能，比如測量或者記錄、顯示、控制以及自動報警等。自動化儀表通常包括：流量、壓力、溫度等各種儀表、校驗儀表的壓力、熱工、標(biāo)準(zhǔn)等各種校驗儀表、還有就是數(shù)控、流量等儀表普遍用于石化、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)是工業(yè)自動化系統(tǒng)的組成部分之一，自動化儀表發(fā)揮了對信息進行轉(zhuǎn)換的作用，可以將輸入信號轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲂盘?。信號能夠根?jù)時間域或者頻率域進行表達，傳輸?shù)男盘柲軌蛘{(diào)制成連續(xù)性的模擬量或者是斷斷續(xù)續(xù)的數(shù)字量模式。

二、自動化儀表的總線化發(fā)展趨勢

過程控制系統(tǒng)自動化中的現(xiàn)場設(shè)備通常稱為現(xiàn)場儀表?，F(xiàn)場儀表主要有變送器、執(zhí)行器，在線分析儀表及其它檢測儀表?，F(xiàn)場總線技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使組建集中和分布式測試系統(tǒng)變得更為容易。然而集中測控越來越不能滿足復(fù)雜、遠程及范圍較大的測控任務(wù)的需求，必須組建一個可供各現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)共享的網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）正是在這種情況下出現(xiàn)的。它是一種用于各種現(xiàn)場智能化儀表與中央控制之間的一種開放、全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)。目前現(xiàn)場總線已成為全球自動化技術(shù)發(fā)展的重要表現(xiàn)形式，它為過程測控儀表的發(fā)展提供了千載難逢的發(fā)展機遇，并為實現(xiàn)進一步的高精度、高穩(wěn)定、高可靠、高適應(yīng)、低消耗等方面提供了巨大動力和發(fā)展空間。同時，各現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)制造廠家為了使自己的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）能得到應(yīng)用，紛紛推出與其控制系統(tǒng)配套的具有現(xiàn)場總線功能的測量儀表和調(diào)節(jié)閥，形成了較為完整的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)體系?？偠灾偩€化現(xiàn)場儀表功能豐富，在FCS中，幾乎不存在單一功能的現(xiàn)場儀表。

三、自動化儀表的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展趨勢

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。

四、自動化儀的開放性的發(fā)展趨勢

現(xiàn)在的測控儀器越來越多采用以WindoWS/CE、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，如USB接口、打印機接口、局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口等，測量的數(shù)據(jù)也應(yīng)通過USB接口存儲在可移動存儲設(shè)備中，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。齊備的接口可連接多種現(xiàn)場測控儀表或執(zhí)行器設(shè)備，在過程控制系統(tǒng)主機的支持下，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)。

五、自動化儀表控制系統(tǒng)的發(fā)展方向

自動化儀表技術(shù)也隨著科技的發(fā)展而發(fā)展，對于儀器儀表有了更高的標(biāo)準(zhǔn)與要求。儀器儀表今后的發(fā)展方向是充分運用全新的工作原理以及選擇全新的材料和元件，比如運用超聲波、X射線、微波、遠紅外線、核磁共振成像以及激光等原理，運用不同的半導(dǎo)體敏感元器件、集成光路與電路、光導(dǎo)纖維等等。其最終目標(biāo)是使得儀器儀表更加小型化，重量更輕、生產(chǎn)成本不斷降低以及更加有利于使用和維修等。此外，運用微機使得儀器儀表的性能不斷增強，使得儀器儀表的自動化與智能化程度以及處理數(shù)據(jù)的能力進一步提高。從而實現(xiàn)儀器儀表不但可以供單項使用，并且可以通過標(biāo)準(zhǔn)接口以及數(shù)據(jù)通道和計算機有效結(jié)合，構(gòu)成不同的測控管理工作的綜合系統(tǒng)。

5.1 分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展方向

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。

5.2 開放性控制系統(tǒng)的發(fā)展方向

當(dāng)前的測控儀器愈來愈多使用嵌入式的操作系統(tǒng)核心軟件以及性能非常高的微處理的核心硬件系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，今后的儀器儀表以及計算機之間的相互聯(lián)系也會變得更加緊密，安捷倫公司認(rèn)為儀器儀表等相關(guān)設(shè)備上都應(yīng)該具有計算機的全部接口，比如打印接、UBS、局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)等各種接口等，測量的結(jié)果也應(yīng)當(dāng)利用UBS接口保存到移動硬盤等可移動存儲設(shè)備中去，使用該設(shè)備就像操作一臺計算機一樣，接口齊全的話可以將現(xiàn)場的各種測控儀表或者相關(guān)執(zhí)行器設(shè)備連接起來，在過程控制系統(tǒng)的主計算機的支持下，利用網(wǎng)絡(luò)形成具備特定功能的測量與控制系統(tǒng)，從而達到了對多種智能化現(xiàn)場測量與控制設(shè)備進行開放式的相互連接。

5.3 網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的發(fā)展方向

現(xiàn)場總線技術(shù)通過數(shù)字化的通信技術(shù)，從而使得自動控制系統(tǒng)和現(xiàn)場的相關(guān)設(shè)備連接到企業(yè)的信息網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)作企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的底層，可以有效發(fā)揮智能儀表的作功能。由于工業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，在不久的將來可能會產(chǎn)生以網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系為主的全新的自動化儀表，也就是IP智能現(xiàn)場儀表，比如建立在以嵌入式互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的控制網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，其基本的特點是：Ethernet將貫穿到網(wǎng)絡(luò)的每一個層次，從而使得網(wǎng)絡(luò)變得更加透明，覆蓋到企業(yè)全部的運用范圍從而達到了實質(zhì)意義上人工辦公和工業(yè)自動化辦公的完美融合，所以可以稱之為扁平化的工業(yè)信息控制網(wǎng)絡(luò)，其優(yōu)良的互連性以及可擴展性使得該系統(tǒng)成為實質(zhì)意義上的一種完全開放式的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)了實質(zhì)意義上的大統(tǒng)一。

現(xiàn)代自動化儀表的智能化技術(shù)不但改變了儀表本身的性能，還影響到了控制網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，它不再是功能單一的同定結(jié)構(gòu)，其適應(yīng)性越來越強，功能也越來越豐富相信新一代的智能化儀器儀表將在計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持下在各行各業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用。

參考文獻

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[2]王永勝.智能儀表技術(shù)及工業(yè)自動化應(yīng)用發(fā)展探討[J].自動化博覽，2008.

（作者單位：晉煤金石化工投資集團有限公司）