2023年12月9日发(作者：)
-
控制学科前沿讲座学习小结之自动化仪表
一、自动化仪表概念：
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。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。
二、自动化仪表分类：
按仪表用途不同，可分为检测仪表、显示仪表、转换和传输仪表、调节控制仪表、执行器。
按仪表的组成形式不同，基地式仪表、单元组合式仪表、组装式电子综合控制装置、集中分散型控制系统。
按使用能源不同，可分为气动仪表、电动仪表和液动仪表。
按所测量参数不同，可分为压力仪表、温度仪表、液位仪表、流量仪表。
按所使用系统不同，可分为生产系统检测仪表和安全系统检测仪表。
三、自动化仪表适用场合：
1、工业生产过程
自动化仪表是装置中的大类仪表，它被广泛适用于冶金、电力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、轻纺、食品、医药、农业、环境保护及人民日常生活等国民经济各个领域，是发展工农业生产，节约能源，改进产品质量，提高经济效益和管理水平的重要工具在国民经济中占有重要的地位。
2、能源计量
能源分为一次能源（煤炭、原油、煤层气、石油气和天然气）、二次能源（电力、焦炭、人工燃气、成品油、液化石油气、蒸汽）及载能工质（压缩空气、氧、氮、氢、水）等。能源计量是科学管理能源，实现节能降耗，提高经济效益的重要手段。自动化仪表是能源计量仪表的重要组成部分，水、人工燃气、天然气、蒸汽和油品这些常用的能源都依靠着这样的仪表，它们是能源管理和经济核算不可缺少的工具。
3、环境保护工程
烟气，废液、污水等的排放严重污染大气和水资源，严重威胁人类生存环境。国家把可持续发展列为国策，环境保护将是21世纪的最大课题。空气和水的污染要得到控制，必须加强管理，而管理的基础是污染量的定量控制。我国是以煤为主要能源的国家，全国有上百万个烟囱不停地向大气排放烟气。烟气排放控制是根治污染的重要项目，每个烟囱必须是安装烟气分析仪表和流量计等相关的自动化类仪表，组成连椟排放监视系统。
4、交通运输
有五种方式：铁路公路、航空、水运、和管道运输。其中管道运输虽早已有之，但应用并不普遍。随着环保问题的突出，管道运输的特点引起人们的重视。管道运输必须装备这些自动化仪表，它是控制、分配和调度的眼睛，亦是安全监没和经济核算的必备工具。
5、生物技术
21世纪将迎来生命科学的世纪，以生物技术为特征的产业将获得迅速发展。生物技术中需监测计量的物质很多，如血液，尿液等。仪表开发的难度极大，品种繁多。
6、科学实验
科学实验需要的自动化仪表不但数量多，且品种极其繁杂。据统计100多种中很大一部分是应科研之需用的，它们并不批量生产，在市面出售，许多科研机构和大企业皆设专门小组研制专用的该类型仪表。
四、自动化仪表发展趋势：
近年来，微电子技术、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，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。
1、智能化
现代自动化仪表的智能化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、总线化
现场总线技术的广泛应用，使现场总线控制系统（FCS）在这种情况下诞生。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。目前现场总线已成为全球自动化技术发展的重要表现形式，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。同时，各现场总线控制系统制造厂家为了使自己的现场总线控制系统（FCS）能得到应用，纷纷推出与其控制系统配套的具有现场总线功能的测量仪表和调节阀，形成了较为完整的现场总线控制系统体系。总而言之，总线化现场仪表功能丰富，在FCS中，几乎不存在单一功能的现场仪表。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。
3、网络化
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。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。
4、开放性
现在的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，测量的数据也可以通过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。
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。
-
