浅析自动化仪表控制系统技术

摘 要：随着技术的进步和人工智能的发展，设备中自动化仪表控制系统的地位越来越重要，嵌入式微计算机的应用改变了自动化仪表的结构概念和设计观点，对系统发展也产生了较大影响。

关键词：自动化仪表；计算机控制系统；嵌入式

中图分类号：TU976+.2文献标识码：A

随着技术的进步和人工智能的发展，设备中自动化仪表控制系统的地位越来越重要，嵌入式微计算机的应用改变了自动化仪表的结构概念和设计观点，对系统发展也产生了较大影响。

1 自动化仪表控制系统的简要介绍

自动化仪表控制系统是一个设备的神经中枢，发挥对设备是否正常运转进行监测的作用，也可以为调整设备的基本技术参数提供参考。自动化仪表主要是由一些自动化元器件组成的，具备十分完善的自动化功能的一种技术工具。它通常同时具备好几种功能，比如测量或者记录、显示、控制以及自动报警等。自动化仪表通常包括：流量、压力、温度等各种仪表、校验仪表的压力、热工、标准等各种校验仪表、还有就是数控、流量等仪表普遍用于石化、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工业自动化系统的组成部分之一，自动化仪表发挥了对信息进行转换的作用，可以将输入信号转变为输出信号。信号能够根据时间域或者频率域进行表达，传输的信号能够调制成连续性的模拟量或者是断断续续的数字量模式。

2 自动化仪表的总线化发展趋势

过程控制系统自动化中的现场设备通常称为现场仪表。现场仪表主要有变送器、执行器，在线分析仪表及其它检测仪表。现场总线技术的广泛应用，使组建集中和分布式测试系统变得更为容易。然而集中测控越来越不能满足复杂、远程及范围较大的测控任务的需求，必须组建一个可供各现场仪表数据共享的网络，现场总线控制系统(FCS)正是在这种情况下出现的。它是一种用于各种现场智能化仪表与中央控制之间的一种开放、全数字化、双向、多站的通信系统。目前现场总线已成为全球自动化技术发展的重要表现形式，它为过程测控仪表的发展提供了千载难逢的发展机遇，并为实现进一步的高精度、高稳定、高可靠、高适应、低消耗等方面提供了巨大动力和发展空间。同时，各现场总线控制系统制造厂家为了使自己的现场总线控制系统(FCS)能得到应用，纷纷推出与其控制系统配套的具有现场总线功能的测量仪表和调节阀，形成了较为完整的现场总线控制系统体系。总而言之，总线化现场仪表功能丰富，在FCS中，几乎不存在单一功能的现场仪表。

3 自动化仪表的网络化发展趋势

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Internet的控制网络体系结构，其特点是：首先Ethernet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Internet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。

4 自动化仪的开放性的发展趋势

现在的测控仪器越来越多采用以WindoWS／CE、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，如USB接口、打印机接口、局域网网络接口等，测量的数据也应通过USB接口存储在可移动存储设备中，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。齐备的接口可连接多种现场测控仪表或执行器设备，在过程控制系统主机的支持下，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。

5 自动化仪表控制系统的发展方向

自动化仪表技术也随着科技的发展而发展，对于仪器仪表有了更高的标准与要求。仪器仪表今后的发展方向是充分运用全新的工作原理以及选择全新的材料和元件，比如运用超声波、X射线、微波、远红外线、核磁共振成像以及激光等原理，运用不同的半导体敏感元器件、集成光路与电路、光导纤维等等。其最终目标是使得仪器仪表更加小型化，重量更轻、生产成本不断降低以及更加有利于使用和维修等。此外，运用微机使得仪器仪表的性能不断增强，使得仪器仪表的自动化与智能化程度以及处理数据的能力进一步提高。从而实现仪器仪表不但可以供单项使用，并且可以通过标准接口以及数据通道和计算机有效结合，构成不同的测控管理工作的综合系统。

5.1 分布式控制系统的发展方向

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。

5.2 开放性控制系统的发展方向

当前的测控仪器愈来愈多使用嵌入式的操作系统核心软件以及性能非常高的微处理的核心硬件系统的嵌入式系统技术，今后的仪器仪表以及计算机之间的相互联系也会变得更加紧密，安捷伦公司认为仪器仪表等相关设备上都应该具有计算机的全部接口，比如打印接、UBS、局域网网络等各种接口等，测量的结果也应当利用UBS接口保存到移动硬盘等可移动存储设备中去，使用该设备就像操作一台计算机一样，接口齐全的话可以将现场的各种测控仪表或者相关执行器设备连接起来，在过程控制系统的主计算机的支持下，利用网络形成具备特定功能的测量与控制系统，从而达到了对多种智能化现场测量与控制设备进行开放式的相互连接。

5.3 网络化控制系统的发展方向

现场总线技术通过数字化的通信技术，从而使得自动控制系统和现场的相关设备连接到企业的信息网络，当作企业信息网络的底层，可以有效发挥智能仪表的作功能。由于工业信息网络技术的快速发展，在不久的将来可能会产生以网络结构体系为主的全新的自动化仪表，也就是IP智能现场仪表，比如建立在以嵌入式互联网为基础的控制网络体系结构，其基本的特点是：Ethernet将贯穿到网络的每一个层次，从而使得网络变得更加透明，覆盖到企业全部的运用范围从而达到了实质意义上人工办公和工业自动化办公的完美融合，所以可以称之为扁平化的工业信息控制网络，其优良的互连性以及可扩展性使得该系统成为实质意义上的一种完全开放式的网络体系结构，从而实现了实质意义上的大统一。

现代自动化仪表的智能化技术不但改变了仪表本身的性能，还影响到了控制网络的体系结构，它不再是功能单一的同定结构，其适应性越来越强，功能也越来越丰富相信新一代的智能化仪器仪表将在计算机网络技术支持下在各行各业得到越来越广泛的应用。

参考文献

[1]赵群，张翔，谢素珍，等.自动化仪表与控制系统的现状与发展趋势综述[J].现代制造技术与装备，2007.

[2]王永胜．智能仪表技术及工业自动化应用发展探讨[J].自动化博览，2008.