仪表自动化控制系统的应用及发展趋势

张红刚

摘要：在科技不断发展的今天，仪表自动化控制系统被广泛运用到各项生产中，越来越多的自动化智能化仪器介入到生产中，提高了生产效率，降低了故障系数，使生产中的各项过程能够更安全，更清晰。与此同时，还需要在自动化的基础上寻求更大的突破，生产控制智能化，网络化的发展。本文对仪表自动化控制系统的应用及发展趋势进行了分析探讨。

关键词：自动化仪表；控制系统；应用；发展趋势

中图分类号：TN830文献标识码： A

一、仪表自动化的意义与功能

作为电气系统不可或缺的组成部分，仪表在电气系统进行自动化控制时起到了对相关数据的测量作用，同时对于收集到的电气系统信息也可以进行处理。有利于生产管理人员进行决策。而仪表的自动化则是指无人条件下进行的数据测量与处理能力，并且可以对数据实行远距离传送。

1、记忆储存功能

从最初的组合逻辑电路与时序电路类仪表开始，仪表已经从当初的瞬时记忆，发展到了如今的实时记忆、累计记忆。目前来说，在仪表中进行微电脑装置的设置已经实现了仪表在不断电情况下的长时间记忆目标。并且可以进行记忆状态的调整，以便后期的数据处理工作。

2、拓展延伸功能

仪表从最初的硬件逻辑电路，转变为如今的软件设置。让仪表从复杂的处理器进化到了核心程序系统。由于升级了原先的硬件中大量控制与定时电路，让仪表从繁杂的处理器简化到了软件编程设计中来。也就让仪表自动化成功地实现了电子智能化。

3、数据处理与计算功能

仪表由于引入了微型计算机系统，使得仪表在测量精度上有了很大的提高，同时微型计算机的数据处理能力也让仪表自动化得以完善。

二、自动化仪表以及其控制系统的现状

二十一世纪以后，国内制造业的发展真可谓是神速，对自动化仪表的要求也是越来越高。我国最新设计的大型项目用到的自动化仪表已处于世界的领先的水平。在当下，传统制造业面向较为发达的国家可以说是已经过了其最辉煌的时期，这样一来，也就极大的影响了自动化仪表的增长水平。对于自动化仪表的制造商而言，目前存在两方面的问题，首先就是针对于新兴市场用户，其具有非常高的产品敏感度，其次是针对大多数的产品而言，都可以找到较为便宜的来取代，因此，极大的阻碍了企业对新型仪表的开发。

在近几年的发展中，现场总线技术的整体发展有了很大的成果，但是，在应用方面还并不乐观，基本上还处于代替模拟传输线的阶段。现场的总线不但是信号式的改变，同时为信息化的控制奠定了基础。此外用户针对于底层的信息化改造具有很大的需求，成为了现场总线技术大力推广的最为基础的动力之一。因此我们可以清楚的看到，现场总线在资产的管理以及操作上的巨大潜力，以及其巨大的发展前景。

近几年来，我们通过数字化，智能化仪表的发展，在其应用的方面也看到了一系列的问题。比方说：数字仪表以及其系统的信息在保密措施上还存在一定的欠缺，在安全问题上也有待提高。对于微程序以及软件，我们都无法保证其可靠性。对于通信的保密性，可靠性以及安全性，我们还无法保证。对于智能仪表运行方案以及怎么与控制系统形成互动关系的我们都无法给以确切的答案。智能仪表的信息很多，但是对于这些信息现阶段我们还没有做到充分的利用好。绝大多数的智能仪表都存在可互操作的问题。对于仪表的故障我们也无法做到及时而准确的提出来。针对于所提出的一系列问题，在目前仍然停留在研究的阶段，现阶段最为重要的任务也是统一方案，拿出可实行的方案来解决实际问题。

三、自动化仪表与控制系统的应用

1、自动化仪表与控制系统在钢铁行业的应用

当前，许多改造或新建企业均采用了PLC、DCS构建自动化基础体系，并逐步代替了传统仪表模拟控制与继电器控制方式，实现了分散控制、集中监测管理目标，并构建了管理级别过程控制计算机系统，一些企业还促进了自动化控制系统与生产管理计算机系统的完善融合，形成了在线管理控制体系。一些中小钢铁企业发展改造进程中主体应用监控平台通用软件、PLC等构建了较小规模的DCS系统，并通过对检测配置仪表的合理改善，创设了高精度变送器、智能化仪表检测管理模式。除大量应用压力流量、温度、料面常规监测方式外，一些企业还引入了专用、特殊类别仪表提升了自动化生产控制水平。

2、自动化仪表与控制系统在污水处理中的应用

在城市污水处理上，自动化仪表控制系统越来越多的运用到污水处理过程中。它的益处在于使厂方能够及时了解污水处理过程的运行状况、参数的变化等，保证水质，降低成本，提高治理水平，使污水处理厂能长期正常稳定地运行，取得最佳效益。

超声波液位差计可以根据处理水质水量设定工艺值，当前后液位差值大于或等于该工艺值时，可以自动实现对粗、细格栅的连锁启停；电磁流量计可以实时测量进水流量并在现场及中心控制室电脑显示器上显示预处理进水泵站的液位值，并自动根据该液位值的高低控制进水提升泵的启停，使提升泵的运行时间保持平衡，并在电脑上显示出各台提升泵的启停状态。在调节池中设置了pH计，可以测定瞬时进水pH值，以反映进水水质是否符合处理要求。进水pH值的设定要求范围是4.0～9.0，当进水pH值不在此范围内时，中控室电脑上会发出声光警信号，并自动关闭进水闸门，以保证出水水质。仪表自动化控制系统在城市污水处理过程中的运用相当广泛，比如溶解氧测定仪，污泥浓度计，泥位计，pH计、COD测定仪等。自动化控制合理地应用到污水处理工艺过程当中，并且取得了良好的效果。

3、自动化仪表与控制系统在化工行业中的应用

在现代化工业的自动化生产中，经常使用的仪表种类包括流量测试仪表、压力测试仪表、物料仪以及温度和在线过程的分析仪。下面主要以压力测量仪表和流量仪表进行分析：

3.1压力测量仪表

压力测量仪表是化工业的整个生产流程中关键设备之一。由于设备对于内外压强差的承受能力是有一定范围的，因此压力仪就成为了对设备内外压强差控制的重要参数来源，另外，化学反应的压力环境对于反应的效率以及反应能否顺利进行都有着极高的要求，因此压力仪成为了生产的安全保障。其主要作用是对整个生产过程的压力进行监督控制，一般化工压力仪是测试负压至300MPa的压强范围。压力仪对于压强的测试方式一般分为弹性测试法、液柱式测试法还有活塞式的测试法。对这三种测试原理的使用要根据实际情况进行选择，不同的方式方法使用不同的介质压强测试。并且随着压力仪表的技术发展，仪表的精度也随之提高，有些甚至可以达到精度0.1级，并且对于环境的抗性也随之提高，对于一些高温高压以及容易结晶和腐蚀性高的介质也同样可以对其压强进行精确的测量。

3.2流量仪表

在整个化工生产过程中，使用最为广泛的则是流量仪表，这也是由化工的特性决定的，所谓的流量其实就是有效的截面积中单位时间中通过截面介质的质量以及体积，根据生产中的实际要求优势还要计算流量以及体积必要的流量以及体积流量。流量仪根据其原理的区别被分为体积流量的测量以及质量流量的测量。而一般的生产线上对于流量的标示则是通过容积和速度两种方法测量流量。而对于流体的质量则是需要进行直接测量以及推导两种方式。

4、自动化仪表控制系统在水力发电中的应用

在水力发电中，自动化仪表控制系统在数据采集和处理上，起到了关键性的作用。它再对采集的数据作必要的处理后，存档到数据库，让计算机系统实现画面显示，并且完成计算、控制等特定功能。它在电厂的安全运行过程中，也起到了很大的作用，它实时监测各类设备的运行转台和参数，在设备发生异常，参数偏离设定值的时候，立即报警，提醒人员处理，同时还将这些数据进行记录，以便后期处理的时候，能够查找原因。

5、自动化仪表在石油生产中的应用

温度检测仪表。在石油生场设备或管道内，温度都需要指示控制，一般的温度范围为-200℃～1800℃ ，大多数采用接触式测，而在现场指示的水银玻璃温度计多被双金属温度计取代，最常用的是热电阻、热电偶。特殊热电阻有油罐平均温度计等特殊热电偶和耐磨热电偶（如乙烯裂解炉、催化裂化及丙烯腈装置用高速流动状态下测量高温）、表面热电偶（根据测量物体表面形状而定）、多点式热电偶（用在反应器、合成塔、转化炉等处），防爆热电偶等。在石油生产过程中的温度控制中起着至关重要的作用； 压力仪表。因为与安全密切相关，所以压力仪表在石油生产过程中也非常重要。压力仪表采用多种原理，可用于高温介质、脉动介质、粘稠状、粉状、易结晶介质的压力测量，精确度可达0.1级；可燃气检测仪表。大家都知道石油化工产品具有易燃、易爆的特点，可燃性气体泄漏，会引起爆炸、火灾、中毒等重大生产事故。为了保证石油化工产品的生产安全，在生产现场安装可燃性气体检测报警器，可以有效防止可燃气泄漏而引起的生产事故；孔板，和热质式流量计在气体流量当中的应用。孔板利用差压法测量气体流量，但是需要温度和压力的补偿，才能达到精确的测量效果，热质式流量计不用补偿却能够更精确的测量气体的流量。 除了这些常见的仪表，另外石油生产中还用到了其他各类仪表控制系统，仪表自动化控制系统在石油生产中起到了很大的作用。

四、仪表自动化的发展方向

1、新型DCS取代传统DCS

DCS即分布式控制系统（DistributedControlSystem），是一种将现场的设备情况、实时数据通过电脑硬件和软件实现自动或者远方手动控制的系统。简而言之，DCS就是用电脑控制监控现场的仪表。在目前看来，传统DCS随着市场对产品质量要求、企业管理水平和生产系统的自动化要求不断增加而逐渐满足不了企业的发展需求。新型DCS是建立在计算机集成系统上的管理系统，与传统的DCS相比，在智能化程度上更高。也就是说，通过新型DCS的应用，仪表自动化以大规模集成化为发展方向，通过对生产过程的实时监控，来达到对企业的高效管理。同时，由于新型DCS可以对通信过程以及生产信息进行一体化控制，那么就可以让企业在测量监控生产数据、控制管理内容传输等方面进行综合化资源管理体系化建设。企业在进行决策时，能够获得的全面信息也就越多，总的来说，新型DCS取代传统DCS对于企业的核心竞争力的提升是一个强大的助力。

2、总线系统的升级

现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。而同时，现场总线控制系统还可以通过观察控制效果，实现包括程序在内的数据在线修改。作为一种工业数据总线，属于自动化领域中底层数据通信网络，其开放性与全数字的特性，分支结构下的串行与双向通信能力也保证了其对仪表的实时通信效率。同时，总线系统还可以让生产现场的自动化仪表进行大部分的控制功能的运用，也就可以实现自动化仪表的测量控制双目标。由于现场总线系统不仅实现了自控仪表与系统的信息网络通讯目标，同时由于其性价比高，一对双绞线可以挂接多个控制仪表，还可以保障系统的可靠运营，这些关于总线的系统升级优势在仪表自动化中的应用范围也将提高整个企业的经营管理效率。

3、标准化的控制软件

由于目前工业生产中，控制软件系统还存在着非线性、时变性与不稳定性。在应用过程中，对于各种仪表设备的解读与同步信息传递，也造成了生产效率的降低。而且在实际应用中，由于不同控制软件对于外部干扰的敏感性与难检测性，也造成了相当一部分的生产成本耗损。正因为问题的存在，仪表自动化的发展方向有一项就是对控制软件的标准化建设。只有通对对控制软件进行全面的标准化统一，才可以在企业的生产与管理中实现信息的无缝对接。通过对控制软件的标准化、商品化与工程化发展，才可以带动仪表自动化实现统一高效的同步监控，保障自动化仪表的运作稳定性与快捷性。

结束语

自动化仪表与控制系统对人们生活是密不可分的，提高人们生活水平，提升工业效率都离不开自动化仪表与控制系统。不久的将来自动化仪表与控制系统将会面向智能这一领域发展，通过现代高科技网络数字化通信，更有效的操控自动化设备，为人类贡献增添一份不可多得的力量。

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