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【摘 要】概述了智能仪表的发展历程及技术特点，在阐述我国智能仪表的应用现状及存在问题的基础上，详细列举了三类问题成因（环境因素、人为因素和自身因素）的应对措施，并针对智能仪表技术及其应用的未来发展方向提供了几点参考建议。
【关键词】智能仪表；应用现状；应对措施；发展方向
0.前言
随着微电子、计算机、网络和通讯技术的飞速发展以及综合自动化程度的不断提高，目前广泛应用于工业自动化领域的智能仪表，其技术也同样在过去的二十多年里得到了迅猛的发展。目前国外智能仪表占据了国际应用市场的绝大比重，如何结合目前智能仪表的工业应用经验并快速跟踪国际智能前沿技术应用于我国智能仪表的开发研究成为振兴民族智能仪器仪表的一大突出问题。
1.智能仪表的优势和特点
1.1精度高
智能变送器具有较高的精度。利用内装的微处理器，能够实时测量出静压、温度变化对检测元件的影响，通过数据处理，对非线性进行校正，对滞后及复现性进行补偿，使得输出信号更精确。一般情况，精度为最大量程的±0.1%，数字信号可达±0.075%。
1.2功能强
智能变送器具有多种复杂的运算功能，依赖内部微处理器和存储器，可以执行开方、温度压力补偿及各种复杂的运算。
1.3测量范围宽
普通变送器的量程比最大为10：1，而智能变送器可达40：1或100：1，迁移量可达1900%和-200%，减少变送器的规格，增强通用性和互换性，给用户带来诸多方便。
1.4通信功能强
智能变送器均可实现手操器进行操作，既可在现场将手操器插到变送器的相应插孔，也可以在控制室将手操器连接到变送器的信号线上，进行零点及量程的调校及变更。有的变送器具有模拟量和数字量两种输出方式（如HART协议），为实现现场总线通讯奠定了基础。
1.5完善的自诊断功能
通过通信器可以查出变送器自诊断的故障结果信息。
智能仪表建立在微电子技术发展的基础上，超大规模集成电路的嵌入，将CPU、存储器、A/D转换、输入/输出等功能集成在一块芯片上，甚至将PID控制组件也置入其中。加之现场总线的应用，智能仪表与控制系统之间的数字通讯将替代以往的模拟传递，大大提高了精度和可靠性，避免了模拟信号在传输过程中的衰减，长期难以解决的干扰问题得到解决。此外，由于数字通讯，节省了大量电缆、安装材料和安装费用。
2.我国智能仪表工业自动化应用现状及应对措施
2.1我国智能仪表的工业自动化应用现状
随着大规模工业化装置对安全运行及自动化控制水平要求的不断提高，尤其是上世纪90年代后期DCS系统的应用普及、现场总线技术的快速发展、各种标准通讯协议的进一步开放和完善，促使智能仪表在工业自动化领域得到了更为广泛和大规模的应用。
首先，工业用户对于能源及物耗成本的计量要求、控制精度的要求、减轻现场作业量（工艺操作和仪表维护）的要求无一例外的将扩大智能仪表的应用市场。
此外，仪表行业的自身发展已经趋于智能化。这一点无论是中国还是全球，仪表产品的高科技化、高智能化已经成为必然的发展趋势。
相比之下，国产智能化仪表无论是设计还是制造都明显弱于国际先进水平，国内工业自动化用户在智能仪表的使用经验方面也相对积累较晚、较少，智能仪表与现场总线的应用组合也还不多，这些现状表明我国智能仪表的应用还只是处于一个初级阶段，而由此也带来了相对较多的应用问题。
2.2智能仪表应用存在的问题及应对措施
2.2.1环境因素及应对措施
环境因素主要表现为来自系统内部和外部的各种干扰。具体来说，这些干扰源可划分为：空间的电磁辐射、布线的干扰和控制系统内部的干扰。上述干扰又通过以下途径进入系统：电源、输入端子、输出端子和空间辐射。
智能仪表工作环境复杂、恶劣，应用空间存在各种干扰，在设计环节应当综合考虑各种可能因素，确定干扰性质，采取相应的抗干扰措施，合理有效地抑制干扰，使其高可靠地稳定运行。
2.2.2人为因素及应对措施
人为因素主要表现为选型、安装及使用维护不当所带来的问题。所以，只要对症下药，做好选型、安装及使用维护三个方面的工作，就可以从人为角度保障智能仪表的长周期可靠运行。
（1）选型应对措施。
工业自动化应用实践表明，智能仪表的故障率极低，较多故障来源于仪表的选型偏差，这就需要慎重考虑测量介质的具体情况。以智能变送器为例，选型时的考虑重点是测量范围是否合理、接液部分材质是否满足工艺介质的腐蚀性要求、法兰规格型号是否与工艺连接法兰一致。
（2）安装应对措施。
举例来说，实际应用中我们可能会遇到需要伴热、但装置现场附近又不具备保温蒸汽气源的取压点，若采用电伴热，运行成本又过高也不利安全。此时可以考虑就地安装变送器，然后再结合简单的保温处理。能够采取这种方案的理由如下：一是智能变送器防护等级已达到IP67允许露天安装，二是变送器型号齐全，可以选择体积小、重量轻的外螺纹接口的智能压力变送器。
（3）使用维护应对措施。
目前智能变送器的精度大多都可达到±0.075%甚至±0.05%，量程比可达到40：1或100：1，但是变送器实际量程比过小，比如小于测量范围的1/10，则实际测量精度将会大打折扣，从使用经验来看，建议使用设置时，仪表实际量程应大于测量范围的1/5。
智能变送器要求使用与之配套的安全栅，当使用未取得与其配套许可的安全善后，就可能出现诸多问题，如安全栅压降过大，整个回路电压可能不足以支撑变送器正常工作；安全栅没有本安接地，造成大的共模干扰信号，导致智能变送器工作异常等。
2.2.3自身因素及应对措施
自身因素即是指智能仪表本身的质量问题。这种问题极其少见，只要选型得当，正确审查、评定与优选供应商，这类问题基本上是容易避免的。
3.对于智能仪表技术及其应用未来发展方向的建议
3.1智能仪表的智能化程度有待进一步提高
智能仪表的智能化程度表征着其应用的广度和深度，目前的智能仪表还只是处于一个较低水平的初级智能化阶段，但某些特殊工艺及应用场合则对仪表的智能化提出了较高的要求，而当前的智能化理论，如：神经网络、遗传算法、小波理论、混沌理论等已经具备潜在的应用基础，这就意味着我们有必要也有能力结合具体的应用需要下大气力开发高级智能化的仪表技术。
3.2智能仪表的稳定性、可靠性有待长期和持续的关注
仪表运行的稳定性、可靠性是用户首要关心的问题，智能仪表也不例外，随着智能仪表技术的不断拓展、新型的智能仪表也将陆续投放市场，这需要我们始终把握一个原则：每一项智能新技术的应用有待实践的检验，是否用户有信心和勇气敢于做“第一个吃螃蟹的人”。这就需要安全性、可靠性技术的并行开发。
3.3智能仪表的潜在功能应用有待最大化
目前工业自动化领域的实际应用尚未将智能仪表的功能发挥最大化，而更多的只是应用了其总体功能的半数左右，而這一应用现状的主要原因是，控制系统的总体架构忽略了诸如现场总线的技术优势，这需要仪表厂商与用户建立良好的合作伙伴关系，加强长期合作，以短期投资促长期效益，通过建立“智能仪表+现场总线”的控制系统架构，确立优化的投资观念，达成和谐共赢的目标。
3.4继续加大国内智能仪表的开发投入
智能仪表技术及应用还需要经历一个较为漫长的成熟发展期，而对于国内智能仪表技术及产品开发已经面临着更大的挑战，这种局面召唤着国内仪表行业共同探讨智能仪表的发展问题，应对激烈的国际竞争市场，担负仪表产业的历史使命，在日益优厚的国家及政府扶持政策下，坚持产、学、研的密切结合，继续加大国内智能仪表的开发投入，积聚力量，赢在明天！ [科]
【关键词】智能仪表；应用现状；应对措施；发展方向
0.前言
随着微电子、计算机、网络和通讯技术的飞速发展以及综合自动化程度的不断提高，目前广泛应用于工业自动化领域的智能仪表，其技术也同样在过去的二十多年里得到了迅猛的发展。目前国外智能仪表占据了国际应用市场的绝大比重，如何结合目前智能仪表的工业应用经验并快速跟踪国际智能前沿技术应用于我国智能仪表的开发研究成为振兴民族智能仪器仪表的一大突出问题。
1.智能仪表的优势和特点
1.1精度高
智能变送器具有较高的精度。利用内装的微处理器，能够实时测量出静压、温度变化对检测元件的影响，通过数据处理，对非线性进行校正，对滞后及复现性进行补偿，使得输出信号更精确。一般情况，精度为最大量程的±0.1%，数字信号可达±0.075%。
1.2功能强
智能变送器具有多种复杂的运算功能，依赖内部微处理器和存储器，可以执行开方、温度压力补偿及各种复杂的运算。
1.3测量范围宽
普通变送器的量程比最大为10：1，而智能变送器可达40：1或100：1，迁移量可达1900%和-200%，减少变送器的规格，增强通用性和互换性，给用户带来诸多方便。
1.4通信功能强
智能变送器均可实现手操器进行操作，既可在现场将手操器插到变送器的相应插孔，也可以在控制室将手操器连接到变送器的信号线上，进行零点及量程的调校及变更。有的变送器具有模拟量和数字量两种输出方式（如HART协议），为实现现场总线通讯奠定了基础。
1.5完善的自诊断功能
通过通信器可以查出变送器自诊断的故障结果信息。
智能仪表建立在微电子技术发展的基础上，超大规模集成电路的嵌入，将CPU、存储器、A/D转换、输入/输出等功能集成在一块芯片上，甚至将PID控制组件也置入其中。加之现场总线的应用，智能仪表与控制系统之间的数字通讯将替代以往的模拟传递，大大提高了精度和可靠性，避免了模拟信号在传输过程中的衰减，长期难以解决的干扰问题得到解决。此外，由于数字通讯，节省了大量电缆、安装材料和安装费用。
2.我国智能仪表工业自动化应用现状及应对措施
2.1我国智能仪表的工业自动化应用现状
随着大规模工业化装置对安全运行及自动化控制水平要求的不断提高，尤其是上世纪90年代后期DCS系统的应用普及、现场总线技术的快速发展、各种标准通讯协议的进一步开放和完善，促使智能仪表在工业自动化领域得到了更为广泛和大规模的应用。
首先，工业用户对于能源及物耗成本的计量要求、控制精度的要求、减轻现场作业量（工艺操作和仪表维护）的要求无一例外的将扩大智能仪表的应用市场。
此外，仪表行业的自身发展已经趋于智能化。这一点无论是中国还是全球，仪表产品的高科技化、高智能化已经成为必然的发展趋势。
相比之下，国产智能化仪表无论是设计还是制造都明显弱于国际先进水平，国内工业自动化用户在智能仪表的使用经验方面也相对积累较晚、较少，智能仪表与现场总线的应用组合也还不多，这些现状表明我国智能仪表的应用还只是处于一个初级阶段，而由此也带来了相对较多的应用问题。
2.2智能仪表应用存在的问题及应对措施
2.2.1环境因素及应对措施
环境因素主要表现为来自系统内部和外部的各种干扰。具体来说，这些干扰源可划分为：空间的电磁辐射、布线的干扰和控制系统内部的干扰。上述干扰又通过以下途径进入系统：电源、输入端子、输出端子和空间辐射。
智能仪表工作环境复杂、恶劣，应用空间存在各种干扰，在设计环节应当综合考虑各种可能因素，确定干扰性质，采取相应的抗干扰措施，合理有效地抑制干扰，使其高可靠地稳定运行。
2.2.2人为因素及应对措施
人为因素主要表现为选型、安装及使用维护不当所带来的问题。所以，只要对症下药，做好选型、安装及使用维护三个方面的工作，就可以从人为角度保障智能仪表的长周期可靠运行。
（1）选型应对措施。
工业自动化应用实践表明，智能仪表的故障率极低，较多故障来源于仪表的选型偏差，这就需要慎重考虑测量介质的具体情况。以智能变送器为例，选型时的考虑重点是测量范围是否合理、接液部分材质是否满足工艺介质的腐蚀性要求、法兰规格型号是否与工艺连接法兰一致。
（2）安装应对措施。
举例来说，实际应用中我们可能会遇到需要伴热、但装置现场附近又不具备保温蒸汽气源的取压点，若采用电伴热，运行成本又过高也不利安全。此时可以考虑就地安装变送器，然后再结合简单的保温处理。能够采取这种方案的理由如下：一是智能变送器防护等级已达到IP67允许露天安装，二是变送器型号齐全，可以选择体积小、重量轻的外螺纹接口的智能压力变送器。
（3）使用维护应对措施。
目前智能变送器的精度大多都可达到±0.075%甚至±0.05%，量程比可达到40：1或100：1，但是变送器实际量程比过小，比如小于测量范围的1/10，则实际测量精度将会大打折扣，从使用经验来看，建议使用设置时，仪表实际量程应大于测量范围的1/5。
智能变送器要求使用与之配套的安全栅，当使用未取得与其配套许可的安全善后，就可能出现诸多问题，如安全栅压降过大，整个回路电压可能不足以支撑变送器正常工作；安全栅没有本安接地，造成大的共模干扰信号，导致智能变送器工作异常等。
2.2.3自身因素及应对措施
自身因素即是指智能仪表本身的质量问题。这种问题极其少见，只要选型得当，正确审查、评定与优选供应商，这类问题基本上是容易避免的。
3.对于智能仪表技术及其应用未来发展方向的建议
3.1智能仪表的智能化程度有待进一步提高
智能仪表的智能化程度表征着其应用的广度和深度，目前的智能仪表还只是处于一个较低水平的初级智能化阶段，但某些特殊工艺及应用场合则对仪表的智能化提出了较高的要求，而当前的智能化理论，如：神经网络、遗传算法、小波理论、混沌理论等已经具备潜在的应用基础，这就意味着我们有必要也有能力结合具体的应用需要下大气力开发高级智能化的仪表技术。
3.2智能仪表的稳定性、可靠性有待长期和持续的关注
仪表运行的稳定性、可靠性是用户首要关心的问题，智能仪表也不例外，随着智能仪表技术的不断拓展、新型的智能仪表也将陆续投放市场，这需要我们始终把握一个原则：每一项智能新技术的应用有待实践的检验，是否用户有信心和勇气敢于做“第一个吃螃蟹的人”。这就需要安全性、可靠性技术的并行开发。
3.3智能仪表的潜在功能应用有待最大化
目前工业自动化领域的实际应用尚未将智能仪表的功能发挥最大化，而更多的只是应用了其总体功能的半数左右，而這一应用现状的主要原因是，控制系统的总体架构忽略了诸如现场总线的技术优势，这需要仪表厂商与用户建立良好的合作伙伴关系，加强长期合作，以短期投资促长期效益，通过建立“智能仪表+现场总线”的控制系统架构，确立优化的投资观念，达成和谐共赢的目标。
3.4继续加大国内智能仪表的开发投入
智能仪表技术及应用还需要经历一个较为漫长的成熟发展期，而对于国内智能仪表技术及产品开发已经面临着更大的挑战，这种局面召唤着国内仪表行业共同探讨智能仪表的发展问题，应对激烈的国际竞争市场，担负仪表产业的历史使命，在日益优厚的国家及政府扶持政策下，坚持产、学、研的密切结合，继续加大国内智能仪表的开发投入，积聚力量，赢在明天！ [科]