论文部分内容阅读
[摘 要]自动化仪表，是由若干自动化元件构成的，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、记录或测量、控制、报警等。文章主要阐述了自动化仪表的分类及构造，并分析了自动化仪表的发展历史及趋势。
[关键词]自动化仪表；分类；结构；发展历史；趋势
中图分类号：F407 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）13-0063-01
一、自动化仪表的分类
自动化检测仪表以其测量精确、显示清晰、操作简单等特点，在工业生产中得到广泛应用，而且自动化检测仪表内部具有与微机的接口，更是自动化控制系统重要的部分，被称为自动化控制系统的眼睛。自动化仪表主要有温度仪表、压力仪表、物位仪表、流量仪表及一些过程分析仪表等。
1、温度仪表
石化现场设备或管道内介质温度一般都需要指示控制，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；特殊热电偶有耐磨热电偶、表面热电偶、多点式热电偶、防爆热电偶等。
2、压力仪表
压力表分液柱式、弹性式、活塞式。作为压力调节系统除采用压力变送器将信号送至DCS或其它调节器外，位移平衡式基地式调节器仍常用于现场。
3、物料仪表
物料仪表没有通用产品，按测量方式分为直读式、浮力式、静压式、电接触式、电容式、超声波式等等，其中雷达式、磁致伸缩式以及矩阵涡流式液位计精度高，石化行业应用普及。
4、流量仪表
流量，不是一般的流速，是单位时间内流经有效截面的流体的体积和质量，另外还需要求知管道中一段时间内流过的累积流体的体积和质量。
5、在线过程分析仪
从工艺上看，生产过程中对温度、压力、流量、液位等工艺参数的保证，只是间接保证最终产品或中间产品的质量合格，所以对过程中物料成分的直接分析和对最终产品的成分分析是非常重要的。
二、自动化仪表的构造
1、显示仪表根据记录和指示、模拟与数字等功能，又可分为记录仪表和指示仪表、模拟仪表和数显仪表，其中记录仪表又可分为单点记录和多点记录（指示亦可以有单点和多点），其中又有在纸记录或无纸记录，若是有纸记录又分笔录和打印记录。
2、调节仪表可是以分为基地式调节仪表和单元组合式调节仪表。由于微处理机引入，又有可编程调节器与固定程序调节器之分。
3、自动化仪表执行器由执行机构和调节阀两部分组成。执行机构按能源划分有气动执行器、电动执行器和液动执行器，按结构形式可以分为薄膜式、活塞式（气缸式）和长行程执行机构。调节阀根据其结构特噗和流量特性不同进行分类，按结构特点分通常有直通单座、直通双座、三通、角形、隔膜、蝶形、球阀、偏心旋转、套筒（笼式）、阀体分离等，按流量特性分为直线、对数（等面分比）、抛物线、快开等。
三、自动化工业仪表的发展历史及趋势
1、智能型自动化工业仪表的反战历史
随着社会信息技术的不断发展，自动化工业仪表在发展的过程中也表现出了开放性、总线性、网络化以及智能化等特点。自动化工业仪表主要是通过采用接口通信、微处理器以及集成电路等现代化网络技术来实现其智能化的，这些技术可以利用一些嵌入式软件对自动化工业仪表的内部操作进行协调，从而使其具备智能化处理能力。在这个基础上对各种输入信号进行非线性处理，并通过压力与温度进行补偿，再通过故障诊断以及零点的修正与漂移等过程来逐步实现自动化工业仪表的总线控制，这种总线控制式自动化工业仪表是未来重点发展的重点。总之，未来自动化工业仪表的发展离不开计算机信息技术的支持，只有把计算机数字化技术充分运用到自动化工业仪表中，才能使自动化工业仪表取得进一步发展。
2、自动化工业仪表的发展趋势
电子技术、计算机技术、网络通信技术和信息处理技术等日新月异发展的新技术对自动化仪表的革新产生了深远的影响，已成为工业自动化仪器仪表发展的新的推动力，使工业自动化仪表不仅能够更高速、更灵敏、更可靠、更简捷地获取对象的全方位信息，而且完全突破了传统的光、机、电的框架，朝着智能化、网络化、总线化、开放性的方向发展。
2.1 智能化
现代自动化仪表的智能化是指采用大规模集成电路技术、微处理器技术、接口通信技术，利用嵌入式软件协调内部操作，使仪表具有智能化处理的功能，在完成输入信号的非线性处理，温度与压力的补偿，量程刻度标尺的变换，零点的漂移与修正，故障诊断等基础上，还可完成对工业过程的控制，使控制系统的危险进一步分散，并使其功能进一步增强。这类产品以数字输出形式出现，不但大大提升了仪表性能，而且便于信息沟通，还可通过网络组成新型的、开放式的过程控制系统。
2.2 总线化
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。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。它的自诊断不但可以检测出压力超界，环境温度过高，量程设置错误，而且还能检测出压力传感器、温度传感器以及放大器、模块等硬件故障。
2.3 网络化
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，以网络结构体系为主要特征的新型自动化仪表，即IP智能现场仪表代表了新一代控制网络发展的必然趋势。图1显示了基于嵌入式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—IP智能现场仪表的应用将越来越广泛。
2.4 开放性
测控仪器越来越多采用以Windows/CE、Linux、VxWorks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。
四、结束语
总之，现代工业企业中的控制系统将向着智能化、总线化、网络化、一体化的方向发展。自动智能化仪表越来越广泛的应用在各个领域。高度发展的现代自动控制技术在各行各业中的运用，必然带来更高、更好得到发展。
[关键词]自动化仪表；分类；结构；发展历史；趋势
中图分类号：F407 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）13-0063-01
一、自动化仪表的分类
自动化检测仪表以其测量精确、显示清晰、操作简单等特点，在工业生产中得到广泛应用，而且自动化检测仪表内部具有与微机的接口，更是自动化控制系统重要的部分，被称为自动化控制系统的眼睛。自动化仪表主要有温度仪表、压力仪表、物位仪表、流量仪表及一些过程分析仪表等。
1、温度仪表
石化现场设备或管道内介质温度一般都需要指示控制，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；特殊热电偶有耐磨热电偶、表面热电偶、多点式热电偶、防爆热电偶等。
2、压力仪表
压力表分液柱式、弹性式、活塞式。作为压力调节系统除采用压力变送器将信号送至DCS或其它调节器外，位移平衡式基地式调节器仍常用于现场。
3、物料仪表
物料仪表没有通用产品，按测量方式分为直读式、浮力式、静压式、电接触式、电容式、超声波式等等，其中雷达式、磁致伸缩式以及矩阵涡流式液位计精度高，石化行业应用普及。
4、流量仪表
流量，不是一般的流速，是单位时间内流经有效截面的流体的体积和质量，另外还需要求知管道中一段时间内流过的累积流体的体积和质量。
5、在线过程分析仪
从工艺上看，生产过程中对温度、压力、流量、液位等工艺参数的保证，只是间接保证最终产品或中间产品的质量合格，所以对过程中物料成分的直接分析和对最终产品的成分分析是非常重要的。
二、自动化仪表的构造
1、显示仪表根据记录和指示、模拟与数字等功能，又可分为记录仪表和指示仪表、模拟仪表和数显仪表，其中记录仪表又可分为单点记录和多点记录（指示亦可以有单点和多点），其中又有在纸记录或无纸记录，若是有纸记录又分笔录和打印记录。
2、调节仪表可是以分为基地式调节仪表和单元组合式调节仪表。由于微处理机引入，又有可编程调节器与固定程序调节器之分。
3、自动化仪表执行器由执行机构和调节阀两部分组成。执行机构按能源划分有气动执行器、电动执行器和液动执行器，按结构形式可以分为薄膜式、活塞式（气缸式）和长行程执行机构。调节阀根据其结构特噗和流量特性不同进行分类，按结构特点分通常有直通单座、直通双座、三通、角形、隔膜、蝶形、球阀、偏心旋转、套筒（笼式）、阀体分离等，按流量特性分为直线、对数（等面分比）、抛物线、快开等。
三、自动化工业仪表的发展历史及趋势
1、智能型自动化工业仪表的反战历史
随着社会信息技术的不断发展，自动化工业仪表在发展的过程中也表现出了开放性、总线性、网络化以及智能化等特点。自动化工业仪表主要是通过采用接口通信、微处理器以及集成电路等现代化网络技术来实现其智能化的，这些技术可以利用一些嵌入式软件对自动化工业仪表的内部操作进行协调，从而使其具备智能化处理能力。在这个基础上对各种输入信号进行非线性处理，并通过压力与温度进行补偿，再通过故障诊断以及零点的修正与漂移等过程来逐步实现自动化工业仪表的总线控制，这种总线控制式自动化工业仪表是未来重点发展的重点。总之，未来自动化工业仪表的发展离不开计算机信息技术的支持，只有把计算机数字化技术充分运用到自动化工业仪表中，才能使自动化工业仪表取得进一步发展。
2、自动化工业仪表的发展趋势
电子技术、计算机技术、网络通信技术和信息处理技术等日新月异发展的新技术对自动化仪表的革新产生了深远的影响，已成为工业自动化仪器仪表发展的新的推动力，使工业自动化仪表不仅能够更高速、更灵敏、更可靠、更简捷地获取对象的全方位信息，而且完全突破了传统的光、机、电的框架，朝着智能化、网络化、总线化、开放性的方向发展。
2.1 智能化
现代自动化仪表的智能化是指采用大规模集成电路技术、微处理器技术、接口通信技术，利用嵌入式软件协调内部操作，使仪表具有智能化处理的功能，在完成输入信号的非线性处理，温度与压力的补偿，量程刻度标尺的变换，零点的漂移与修正，故障诊断等基础上，还可完成对工业过程的控制，使控制系统的危险进一步分散，并使其功能进一步增强。这类产品以数字输出形式出现，不但大大提升了仪表性能，而且便于信息沟通，还可通过网络组成新型的、开放式的过程控制系统。
2.2 总线化
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。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。它的自诊断不但可以检测出压力超界，环境温度过高，量程设置错误，而且还能检测出压力传感器、温度传感器以及放大器、模块等硬件故障。
2.3 网络化
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，以网络结构体系为主要特征的新型自动化仪表，即IP智能现场仪表代表了新一代控制网络发展的必然趋势。图1显示了基于嵌入式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—IP智能现场仪表的应用将越来越广泛。
2.4 开放性
测控仪器越来越多采用以Windows/CE、Linux、VxWorks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。
四、结束语
总之，现代工业企业中的控制系统将向着智能化、总线化、网络化、一体化的方向发展。自动智能化仪表越来越广泛的应用在各个领域。高度发展的现代自动控制技术在各行各业中的运用，必然带来更高、更好得到发展。