自动化仪表中电信号的应用研究

杨磊

安徽电信规划设计有限责任公司 安徽 合肥 230031

引言

在当今我国科学技术飞速发展的背景下，很多高新技术、高新设备被广泛应用到测量领域，使得检测设备的质量和性能愈发先进。自动化仪表的出现，为很多领域的发展提供了先进的测量设备和仪器的支持，有效改善了测量的环境，测量的效率、准确性和实时性等都得到了大幅度提升。尤其是电信号的是应用，可将自动化仪表采集的数据，通关各种类型传感器和转换开关，转变成为电信号，快速传输到控制中心屏进行显示，且能实时掌握自动化仪表检测到的各种数据，为调整生产工艺，改进运行方案提供真实有效的数据支持。基于此，开展自动化仪表中电信号的应用研究就显得尤为必要。

1 自动化仪表中电信号的基本原理

自动化仪表已经被广泛应用到了传统工业和现代工业中，信号的远距离传输也已形成基本定式和途径，如何以及为什么使用电信号进行远距离传输却是一个非常值得探讨的话题，也是自动化仪表应用需要解决的问题。使用自动化仪表，就必须要给其供电，4-20mA信号可以在保证准确远传的基础上，最大限度地节省资源，这就使得它有了强大优势，也使它得到了广泛的应用。

而仪表是实现工业生产过程自动化的重要工具，应用非常广泛。在自动控制系统中，过程检测仪表将被控变量转换成电信号或气信号，去进行显示，记录，调节等单元，通过数据处理单元，分析并发出指令，从而实现生产过程的自动化，使之达到我们预期的要求。

自动化仪表就是由若干自动化元件、电器元件和转换器构成的，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、控制和报警等。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。

自动化仪表在运行过程中，由于在工作原理和结构系统上存在一定的差异，所以，每个工件的工作参数也不相同。按照自动化仪表的系统结构组成不同，其工作过程可细分成三个环节，包括：检测环节、传输放大环节、显示环节。

检测环节的主要工作是转换测量参数，以保证自动化仪表测量的和准确性。

传输放大环的主要工作是将检测环节得到的数据，传输到显示环节进行显示。

显示环节的主要工作是负责显示自动化仪表测量到的数据。

不同自动化仪表的相似之处是测量参数需要通过一个或者多个信号之间的相互转换，而测量结果，也都是通过数字符号或者指针刻度，显示在自动化仪表中，便于人们进行检验。所以，自动化仪表在全过程运行中，都需要自动检测检测仪器的参与。电信号自动化检测时，可将检测到信号转换为电信号，在线路上进行快速传输，传输到显示器之上后，再从电信号转换为数字信号，就能实现测量结果的数字化显示和实时传输。

2 目前自动化仪表中电信号存在的问题和措施

虽然目前我国自动化仪表的研发和应用取得了良好成绩，但和德国、美国等发达国家相比，依然存在一定的差距，还有很长的路要走。就目前我国自动化仪表发展现状而言，存在的问题主要体现在以下两个方面：

2.1 电信号传输中的干扰问题和措施

首先如何解决自动化仪表电信号的传输遇到的问题，

在传统工业以及现代工业中，自动化仪表的应用，不仅提升了生产效率和自控能力，加之自动化控制仪表具有自动编程的能力，简化了仪表控制电路，减少一些不必要的回路，从而提高了自控效果，同时在使用中具有数据记忆功能，进行算数和逻辑运算，满足数据处理效果，从而更好地解决生产中的问题，为生产提供有力的技术保障。但是，在生产过程中，自动化仪表电信号难免会受到外部信号的干扰，导致自动化仪表信号传输质量不好，引起误差，导致自动控制程序失控。外部干扰导致出现测量误差，损坏仪表内部结构，数据失真，促使生产过程中断，所以，及时处理分析冶金自动化仪表干扰情况显得尤为必要，采取有效的措施，保障智能化仪表的使用，提高生产安全性。影响自动化仪表信号干扰的因素主要有以下两点。

2.1.1 自动化仪表在使用过程中，容易受到漏电电阻引发的干扰，供电线路引起干扰，影响了仪表测量的精准度，另外，受到电磁感应影响，极易引发自动化仪表出现故障，干扰信号和测试信号叠加，影响了测量精度，如果此种情况得不到及时的解决，必然会影响生产工序的安全问题，引发产品质量问题，所以解决干扰问题，才能提升工业化生产效率。

2.1.2 各类干扰源的干扰机制。自动化仪表测控信号一般要传输弱点信号，所以，在传输过程中会受到磁场、电场干扰，干扰源主要包含装置设备内的电器设备和动力电缆产生的辐射干扰以及仪表系统电源线、信号引线、接地等系统外引线的干扰。

自动化仪表因为受到电磁干扰影响，引起测量结果误差过大，影响自控能力，严重出现仪器失灵情况，造成安全事故，一般可以采用屏蔽管对自动化仪表进行隔离，减轻电磁干扰影响，可以将金属导线和电缆穿接在同一个屏蔽管中，减少干扰出现的情况，采用较好的屏蔽技术措施，能够解决电磁干扰情况，提升自动化仪表的性能，实现自动控制和管理，达到较好的效果。受到电磁干扰影响，一定距离范围内，自动化仪表干扰情况强烈，保持在一定安全距离，要降低电磁辐射频率，合理规避电磁干扰情况，针对此种情况，要将化工仪表设置在比较远的位置，这样可以免受电磁干扰影响，再加上屏蔽技术，能够最大限度减少干扰。

另外将自动化仪表进行接地设置，也是一种解决干扰的有效措施，保证仪表系统安全运行，电流无法接入仪表，从而保证了仪表的安全性，在安装和设计过程中，要严格按照国家仪表安装标准，进行接地和接零设计。将仪表地线接入地下，对电源和电路合理设计，防止出现过多感应电路进入仪表中，减少辐射，提高精准度。

电信号是自动化仪表得以安全、稳定、持续运行的关键，就目前发展现状而言，基于电信号的自动化仪表正向着智能化、智慧化、精密化、集约化的方向发展。但在具体测量运行中，依然存在很多问题亟待解决，除了常规的影响因素，致使电信号测量的准确性，传输的及时性受到较大影响外。特别是在高电磁干扰下，会导致自动化仪表失灵，无法正常工作。

还有，为有效解决干扰问题对电信号造成的不良影响，在自动化仪表设计和生产制造，或者是在安装施工中，要采取抗电磁干扰元件，避免使用传统电气原件，以提升自动化仪表运行的抗干扰能力。此外，自动化仪表系统中的电子板电路，也要尽量选择现代化集成电路，以体提升整个自动化仪表系统运行的稳定性[1]。

2.2 电路控制问题和措施

高压电池是电信号在自动化仪表中应用时的主要电力来源，但高压电池的特点，决定了在运行中电压及电能会随着运行时间的增加而减少，从而影响电信号在自动化仪表中运行的效率。此外，一些自动化仪表在初期设计和安装中没有后期的规划和发展，很多电气元件的排列比较拥挤，随着使用时间的增加，会增加发生短路故障的概率，影响自动化仪表运行质量。

为解决此问题，可采用新能源来代替传统的高压电池进行供电，如：风能、太阳能等，都能满足自动化仪表持续稳定运行的需求。此外，电信号在运行中，额定电压比较高，可通过加大电压量的方法，来促使整个自动化仪表系统持续运行，从而提高采集数据的准确性，提升系统控制的灵敏度[2]。

3 电信号在自动化仪表中的应用要点

3.1 电信号在变送器的应用

变送器是组成自动化仪表的主要内容，其核心作用是将自动化仪表采集到的压力信号、温度信号、流量信号、液位信号等，转换为电信号，再传输到监控室进行显示、记录、报警等。在变送器中，电信号有非常广泛的应用，其中电压信号、电流信号是应用最多的电信号。每种电信号，又同时包含多种标准信号，从而促使各种自动化仪表被最大限度上的选用，促使自动化仪表的控制和管理更加简单，更好地控制成本，实现大范围推广应用[3]。

电压信号和电流信号相比，电压信号具更强的抗干扰能力，而且在实际运行中，几乎不存在衰减问题。而电流信号的抗干扰能力比较差，存在一定的衰减问题，但可以有效控制在精度之内，而且成本比较低，操作起来也比较简单，可对各种检测信号进行全面采集和统一处理，因此，电流信号的应用更为广泛。

目前在自动化仪表中，常用变送器有两种，一种是DDZ-Ⅱ型变送器，另一种是DDZ-Ⅲ型变送器，二者相比Ⅲ型变送器的优势更大，采用的标准信号为4~20mA，而Ⅱ型变送器的标准信号为0~10mAs，虽然二者相比只有数字的变化，但在自动化仪表中应用时却存在较大的差异，Ⅱ型变送器需要使用四线制才能满足运行需求，同时为控制电信号之间的相关干扰，电源线需要和信号线分开敷设[4]。而Ⅲ型变送器使用双线制就能满足要求，仅仅需要一根管道穿线，就能满足自动化仪表持续运行的需求。

3.2 微机控制技术的应用

微机控制技术是自动化仪表中应用电信号的关键技术，目前常用的微机控制技术有两种，一种是基于VC语言操作平台和数据库管理系统的计算机控制系统软件，可实现对不同位置参数信号的测量和记录。另一种是基于计算机数字图像的处理技术，具体的应用过程中， 先利用计算机技术，通过中值波和高斯波对自动化仪表中的指针信号、仪表刻盘刻度信号等进行有效的处理；再利用计算机系统中自带的算法对噪声进行降噪处理，以提升数据的准确性；最后计算机在图像拟合中采用最小二乘法对相关数据进行处理，在仪器终端之上就能显示出很高的数据精度。

3.3 高分辨率CCD和光电技术成像系统的应用

高分辨率CCD和光电技术成像系统也是自动化仪表中应用电信号的关键技术，主要机理是立足光学成像技术，采用物理远心光学技术技术将测量指标和指针刻度真实地反映在CCD设备之上[5]。然后再通过CDD设备，就采集得到的信息通过驱动器进行转换。最后再利用矩阵形式存储传输数据，就能得到准确的仪表显示数据，从而全面掌控生产过程和生产设备运行的安全性。

4 结束语

综上所述，本文采用理论结合实践的方法，研究了自动化仪表中电信号的应用，研究结果表明，在自动化仪表中应用的电信号都是弱电信号，具有安全系数更高、更加节约能源等优势。即便是使用了强电信号，也是通过弱电信号实现控制。随着科学技术的发展，电信号将会更加先进，在自动化仪表中具有非常重要的作用，值得大范围推广应用。