刍议现代控制仪表的研究现状与特点

摘 要：随着控制技术的发展，控制仪表也在不断进步，由传统的模拟控制发展到现在的数字控制、网络控制，控制仪表的装置已经发生了较大改变，对其发展情况进行研究，分析探讨控制仪表发展特点，对于促进现代控制系统发展具有重要的参考意义。

关键词：控制仪表；研究现状；发展特点

过程控制技术在现代工业发展中得到了广泛应用，这门技术是推动工业自动化发展的重要技术，因而其设备和装置发展也成为影响过程控制技术发展的重要因素，控制仪表作为控制系统应用中的关键设备，透过它技术人员能够了解控制过程情况和相应生产过程工艺参数，因此有必要对控制仪表发展进行研究。

1 控制仪表发展现状

控制仪表系统的发展是伴随着控制技术发展进行的，主要经过了自力式仪表、基地式仪表、单元组合式仪表、集散式仪表等发展阶段，而伴随着科学技术的发展，现在广为应用的是现场总线控制技术，将微处理装置装设到传统控制仪表当中，使得控制仪表具有了现代通信能力，并通过现场总线技术将整个控制系统连成控制网络结构，从而提升了控制仪表的自动化水平。而总线控制技术的发展是伴随着现代经济的发展出现的，是工业发展对生产技术的要求。

而根據控制仪表所用的能源装置的不同，可以将控制仪表分为以下几种类型，一类是气动控制仪表，这类控制仪表是靠气压产生动力为维持仪表转动的，其具有可靠性高和性能稳定的特点，且由于气动控制仪表的动力来源不受电磁场的干扰，因而具有防爆稳定的优点，在实际应用中多用于大型装置设备的周围以保证和维持大型装置设备的正常运作，提高整个系统的运行稳定性。所以即使在技术水平发展十分先进的今天，启动控制仪表也还是有它存在的地位，对于维持控制系统运行正常具有重要作用；一类是液动控制仪表，其运作原理与气动在本质上没有太大区别，与气动仪表一样具有结构简单、运行稳定安全等优点。但随着远程控制技术的日益发展，工业生产中的控制系统技术越来越复杂，基地式的气动或液动控制仪表已经不能满足控制技术发展的需求，这就推动了电动控制仪表的出现和发展。

电动控制仪表的动力主要来源于电力，所以与气动和液动相比，其容易受电磁场的干扰影响，从而降低了控制系统的稳定性。但随着微电子技术的出现，电动控制仪表在运行稳定性方面的问题也得到了解决，其稳定性上升，使得电动控制仪表在控制系统中的应用越来越广泛。从原理上来看，主要可以将电动控制仪表分为两类，一类是模拟式电动控制仪表，另一类是数字式电动控制仪表。

2 现代控制仪表的发展特点

从上面的概述中可以看出，目前在控制系统中应用更为广泛的是电动控制仪表，而随着控制仪表技术的发展，电动控制仪表的发展特点主要有以下几点：

一是数字模拟系统的出现，这一系统采用模拟信号实现控制室其他设备与控制仪表之间的通信，是电动控制仪表中模拟式系统和数字式系统的混合，在控制仪表之间进行信号处理的是数字信号，但输入是还是采用模拟信号进行输入，而在控制设备和计算机以及控制设备之间却是使用数字技术，因而很多控制系统都将其划分为数字式电动仪表一类当中，包括FCS系统、PLC系统等等。随着控制技术的发展，模拟电动控制仪表技术和数字电动控制仪表都在不断向对方技术靠拢，像是模拟仪表中的DCS系统和数字仪表中的PLC系统，其所应用的技术都具有两者兼有的影子。DCS系统已经具有较强的控制顺序功能能，而PLC系统则在闭环控制的处理方面越来越突出，并且两者在控制系统的应用范围上也存在很大部分重合，因而在实际仪表控制系统的比较上，是将FCS和DCS进行比较。其中DCS系统主要是通信功能较为突出，其所具有的数据公路技术是实现控制仪表通信功能的关键，而数据公路技术也使得控制仪表的通信与其他系统技术相比，更加安全和灵活。数据公路主要是为控制系统中的部件提供通信网络，以实现控制系统部件之间的通信，而在通信手段的应用上，则一般分为异步通信和同步通信，异步通信，顾名思义，两者之间的通信并不是同时发生的，在时间上有先后之分。而同步通信则可借助时钟信号来实现两个部件之间的同步数据传输，提高了数据传输效率，因而在有条件的情况下，一般采用同步通信手段。总而言之，与模拟系统相比，数字通信系统能够简化仪表硬件结构，提高信号传输速度和精度，增加传输信息，因而数字模拟电动仪表是未来控制仪表的一个重要发展方向。

二是FCS系统的出现，上文所提到的FCS系统就是现场总线控制，现在对控制仪表系统的研究多是从DCS系统和现场总线控制入手，在上文中笔者已经介绍了DCS系统的特点，这里主要着重介绍一下现场总线控制系统，现场总线技术是上个世纪80年代出现的，是控制仪表技术发展的新阶段。现代现场总线控制是通过现场总线将控制室设备与现场智能控制仪表连接起来，形成一种全新的数字式、开放式和分散式的控制系统。与DCS系统不同的是，现场总线系统与控制室之间的连接只通过一个接线盒完成，而DCS系统则将现场总线分为两部分，一部分连接控制仪表和接线盒，而另一部分连接接线盒和控制室，这样实现控制仪表与控制室设备之间的间接连接，而现场总线控制则是将连接控制仪表的总线集中到一起，通过一个接线盒直接与控制室设备相连接，其所应用的通信信号还是模拟信号，这种方式无疑提高了控制仪表与设备之间的连接效率，有利于全系统数字化的实现。

3 控制仪表的发展趋势

从目前控制仪表的发展状况来看，控制仪表在未来主要可以向以下几个方向进行发展：一是向小型化DCS系统发展，由于DCS系统的运行效果较好，拥有的功能较多，因而能够适应各类工业生产控制的应用。但就目前来看，其应用价格比较高，为了降低控制系统成本，可以向小型化DCS系统方向发展，以降低DCS系统成本，扩展DCS系统仪表的应用范围；二是向更为先进的控制软件研发方面发展。为了扩展控制仪表的应用范围和应用市场，研发控制仪表的企业可以多开发一些能够与控制仪表相匹配应用的控制软件，提高应用厂家的生产自动化控制技术，从而推动控制仪表的发展；三是向智能化或专家系统方向发展，随着智能技术和专家系统的应用范围的扩展，越来越多的生产控制都在向智能化方向发展，因而控制仪表也可以将智能技术和专家系统引进到控制仪表系统的研发当中，提高控制仪表的智能化水平，以求控制仪表能够发展呈人机界面良好，能够为控制人员提供专业意见的控制专家系统。

4 结束语

随着自动化控制技术的发展，控制仪表设备也将向自动化、智能化方向继续发展，控制仪表作为控制系统中的重要设备，其技术水平的发展对于推动控制自动化和智能化发展具有重要影响。因而技术人员在发展控制自动化技术的同时也要注意提高控制仪表的自动化、智能化水平，以满足各类生产部门对生产自动化的需求，推动工业生产技术的发展。

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作者简介：林王坚（1979-），男，浙江永康人，工程师，主要从事火电厂脱硫脱硝研究和工程设计工作。