智能仪器仪表发展的主要技术与展望

自动化控制与仪表工业的现状、发展与展望　丁亚东陈波刘崇超梁广东　科学技术　（郑州大学机械工程学院，河南郑州４５０００１）　摘要：当今社会已经是一个知识化、智能化、信息化的社会，特别是计算机技术在社会各个领域的广泛应用，对我国国名经济的迅速发展提供　了广阔的平台，拉动了工业化的进程的提速。我国跨进世界科技强国离不开自动化水平的提升与完善。自动化不仅能保证产品的质量，提高经济效　益，降低能耗，改善生态环境，而且能确保生产的安全与效率。　关键词：自动化仪表；自动化技术；发展趋势展望　正文：工业自动化就是工业生产中的各种参数为控制对象，实现　各种过程控制，在整个工业生产中，尽量减少人力的操作，而能充分　利用动物以外的能源与各种资讯来进行生产工作，即称为工业自动化　生产，而使工业能进行自动生产之过程称为工业自动化。工业自动化　是机器设备或生产过程在不需要人工直接干预的情况下，按预期的目　标实现测量、操纵等信息处理和过程控制的统称。自动化技术就是　探索和研究实现自动化过程的方法和技术。它是涉及机械、微电子、　计算机等技术领域的一门综合性技术。工业革命是自动化技术的助产　士。正是由于工业革命的需要，自动化技术才冲破了卵壳，得到了蓬　勃发展。同时自动化技术也促进了工业的进步，如今自动化技术已经　被广泛的应用于机械制造、电力、建筑、交通运输、信息技术等领　域，成为提高劳动生产率的主要手段。　我对工业组态技术的第一认识就是，通过组态软件在电脑上画一　个画面，比如画面里有指示灯、电机（动画）、按钮等等。然后建立　地址与主控制器联接。人就可以通过你组态的画面观察和操作设备的　运行。　随着工业控制系统应用的深入，在面临规模更大、控制更复杂的　控制系统时，人们逐渐意识到原有的上位机编程的开发方式，对项目　来说是费时费力、得不偿失的，同时，管理信息系统和计算机集成制　造系统的大量应用，要求工业现场为企业的生产、经营、决策提供更　详细和深入的数据，以便优化企业生产经营中的各个环节。　１　自动化仪衰的组成　自动化检测仪表是自控系统中关键的子系统之一。一般的自动化　检测仪表主要由三个部分组成：①传感器，利用各种信号检测被测模拟　量；②变送器，将传感器所测量的模拟信号转变为４～２０　ｍＡ的电流信　号。并送到可编程序控制器（ＰＬＣ）中．③显示器，将测量结果直观地显示　出来，提供结果。这三个部分有机地结合在一起，缺少其中的任何一　部分，则不能称为完整的仪表。自动化检测仪表以其测量精确、显示　清晰、操作简单等特点。在工业生产中得到了广泛的应用，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中重要的部　分，被称为自动化控制系统的眼睛。　２工业自动化仪表的发晨　目前，随着信息化时代的到来，计算机技术、网络技术、自动化　仪表等高、新技术的发展，工业自动化仪表领域的拓宽。技术得到了　更新。从模拟仪表技术步人了智能和数字化技术领域．几十年来在自动　化仪表的发展过程中，工业生产过程由简单到复杂、规模由小到大。　至今，已有各种各样的工业生产过程生产出多种多样的产品满足当今　社会的需求。为能满足工业过程的需要近５Ｏ年来，自动化仪表从气动　到电动仪表，从现场就地控制到中央控制室控制，从仪表屏上操作到　计算机操作，从模拟信号到数字信号。数字仪表的出现对总线发展起　了很重要的作用。总线是指从控制室连接到现场设备的双向串行数字　通信总线　３工业自动化仪表的现状　目前，工业控制自动化技术是运用控制理论、仪器仪表、计算机　和其它信息技术。对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管　理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目标的　综合性技术。我国目前自控技术有了很大的发展。我国工业控制仪表　自动化的发展道路大多是引进成套设备的同时进行消化吸收，然后进　行二次开发和应用。仪表从以前的气动到电动、模拟到数字、分散　到集中。ＤＣＳ历经了初＂￣（１９７５—１９８０）、成熟（１９８０—１９８５）、发展（１９８５以‘　后），几个发展时期。现阶段其以可靠性、控制功能的完善、丰富的　控制算法、方便的组态软件及扩展等诸多优点，已成为控制系统的主　流。现在各国有１００多个生产厂家在生产，主要以美国、日本、德国　等。我国的浙大中控和北京和利时也是国内的知名品牌。ＰＬＣ以其结　构紧凑、功能简单、迅速、可靠性高、价格低等优点得到了迅速的发　展。目前ＰＬＣ与ＤＣＳ相互渗透、相互融合、相互竞争。ＰＬＣ与ＤＣＳ功能　的整合，ＰＬＣ逐渐成为占自动化装置及过程控制系统市场最大占有率　的产品。　４发晨趋势　（１）结构日趋简洁，从当前发展最快的３种流量仪表（电磁、超声、　科氏涞看，机械结构都十分简洁，管道内既无转动件，又无节流件。　（２】功能力求完善，随着微电子、计算机、通信技术的飞速发展，　流量仪表的功能日益完善、多样，不少机械部分难以解决的问题，依　靠电子软件则迎刃而解，￣Ｋｒｏｈｎｅ的智能电磁流量计，不少超声流量　计不仅可测流量，还可测流体密度、组分、热能等等。　（３）安装日益简便，工业自动化程度越高，用户越欢迎采用安装维　护简便的产品，这也是插入式，外夹式仪表日益畅销的原因　５国产化刻不窖缓：　据了解，我国近年来进口仪器仪表约１３　美元，出口约３　美元　（多为低附加值的电工仪表、家用水表、气表），国内大型工程选用国外　仪表占２，３，而其价格为国产５～１０倍，我国大型流量仪表企业主要依靠　国外技术，缺乏拥有自主知识产权意识，创新乏力洎动化仪表国产化　刻不容缓！　自动化仪表尤其是工业自动化现场仪表的智能化、总线化、网络　化的发展进程，不难看出计算机技术对现代自动化仪表技术的发展起　到了十分积极的促进作用，计算机网络与工业局域网的融合又大大丰　富和发展了现代自动控制技术。因此，现代自动化仪表的智能化技术　不但改善了仪表本身的性能，还影响到了控制网络的体系结构，它不　再是功能单一的固定结构，其适应性越来越强，功能也越来越丰富。　针对目前国内自动化仪表行业发展所遇到的一些Ｉ司题，相信在行业逐　渐成熟的背景下，这些问题能逐一解决。新一代的智能化仪器仪表将　在计算机网络技术支持下，在各行各业得到越来越广泛的应用。　参考文献　［１］张如芹、付新薪、张丰伟．浅谈仪表自动化的发展［Ｊ】科技信息２００８　［２］潭跃刚．《电子工业出版社》　作者简介　丁亚东（１９９１一）。男，汉族，江苏连云港人，郑州大学，机械工程学　院，机械工程及自动化　陈波（１９９４一），男，汉族，河南开封人，郑州大学，机械工程学院，　机械工程及自动化　刘崇超（１９９０一），男，汉族，河南濮阳人，郑州大学，机械工程学　院，机械工程及自动化　梁广东（１９９１一），男，汉族，河南新乡人，郑州大学，机械工程学　院，机械工程及自动化　６结柬语　综合上述，只要合理选择机床和冷却方式进行冷却，合理选择刀　具材料和切削用量，就能在很大的程度提高加工精度和工件尺寸精　度，降低其加工成本和节约加工时间，提高加工效率。　参考文献：　［１】《刀片品种和切削液优选专家系统的研究》林勇主编哈尔滨理工大学　出版社　—．２５３　．

仪器的发展趋势

关于仪器的发展趋势，我们的x大大一直强调，“科技创新”“科技强国”“大国重器”“仪器共享”，这就足以看到国家对仪器的发展的看重性。科学技术的进步不断对仪器仪表提出更高更新的要求。仪器仪表的发展趋势是不断利用新的工作原理和采用新材料及新的元器件，例如利用超声波、微波、射线、红外线、核磁共振、超导、激光等原理和采用各种新型半导体敏感元件、集成电路、集成光路、光导纤维等元器件。其目的是实现仪器仪表的小型化，减轻重量、降低生产成本和更便于使用与维修等。另一重要的趋势是通过微型计算机的使用来提高仪器仪表的性能，担高仪器仪表本身自动化、智能化程度和数据处理能力。仪器仪表不仅供单项使用，而且可能过标准接口和数据通道与电子计算机结合起来，组成各种测试控制管理综合系统，满足更高的要求。

仪器仪表行业是中国发展的新型行业，在与国际接轨的同时，中国的仪器仪表行业发展有了长足的进步空间才能具备了与国际竞争的实力。

我国仪器仪表技术目前发展状况和差距

1.我国仪器仪表技术目前发展状况

第一、我国仪器仪表行业整体呈高速、平稳发展势态，行业呈现以下特征：首先，我国的仪器仪表需求量日益加大，成为发展最快的国家之一。目前我国生产的部分产品已经占到全世界的十分之

其次，并购重组速度加快。经过几年的发展和市场竞争，电工仪器仪表生产企业的生产集中度、集约化、规模化得到进一步提高，并形成了以少数电能表企业为龙头引领整个行业发展的局面。

第三，国际标准制定达到世界水平。国内多家企业、科研院所参与研制的具有自主知识产权技术的EPA正式纳入现场总线国际标准，标志着我国在现场总线领域拥有了国际认可的自主核心技术；

第四，先进自控系统、检测仪表、高端科学仪器等在研发及应用方面不断取得突破性进展。如上海维思仪器仪表研制的多声道超声波流量计，填补了我国高压气体超声流量计的空白，具有自主知识产权。

2.我国仪器仪表技术与国际水平的差距

茎ＶＡ　爨籀１　浅探智能仪器及其发展趋势　王平　（江苏省盐城市射阳县发电厂责任有限公司江苏盐城２２４３００）　摘要：　智能仪器系是集电子、单片机、自动化仪表、自动控削、计算机应用等技术于一体的跨学科的专业技术。因此，对智能仪器进行概述，对智能仪器　仪表的发展趋势进行展望。　关键词：　智能化；仪器仪表：技术发展；发展趋势　中图分类号：ＴＰ２文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－－７５９７（２０１０）０２２００３６－－０１　智能仪器系集电子、单片机、自动化仪表、自动控削、计算机应用等　技术于一体的跨学科的专业技术。近２Ｏ年以来，智能仪器已逐步在电子信　息、通讯、自动化等信息类领域普及运用。伴随着微电子技术、计算机技　术的高速发展，各类测控仪器在虚拟化、网络化、智能化的发展中，已呈　现出富有生命力的更加广阔的发展前景。下面，笔者结合工作实践和个人　思考，对智能仪器的概况进行初步介绍，并对其发展趋势进行探讨。　１智＿ｌ仪嚣仪表最述　智能仪器就是将智能的理论、方法和技术应用于仪器中，使其具有智　能功能、智能特性的仪器。为了有效实现智能功能、智能特性，该类仪表　在一般情况下，都会使用嵌入微处理器的系统芯片或者数字信号处理器、　集成专用电路，其内部均携带有很强处理能力的智能软件系统。微处理器　与智能仪器的有机结合，使仪器剥离许多笨重的硬件，前面板和内部结构　都大为美化和优化。微处理器就是通过键盘或者遥控接口接受信号和命　令，从而用来指挥仪器进行运算，执行各种常规测量，对数据有效开展智　能分析和处理。智能仪器所具有的特点如下：由于在智能仪器与微处理器　有机结合以后就可以实现“硬件软化”，使软件取代了相当多的硬件。通　过不同软件充分实现操作者、使用者的想要实现的功能，当操作者、使用　者要想改变功能时，只需要改变程序就可以了，不再需要改变仪器的硬件　结构。只需要通过其内含的微处理器，就可以进行许多纷繁复杂的各类计　算活动，很容易地进行多次测量取平均值以及多种自动补偿、自动校正等　技术细活，从而不断提升测量精度。智能仪器具有比较友好的人机对话能　力，具有科学自动的操作体系。智能化仪器就是一个专用的微型计算机系　统，在正常情况下，智能化仪器一般就是由硬件和软件两大部份组成，典　型的硬件部分主要包括信号的输入通道、微控制器以及其标准通信接口、　人机交换通道、输出通道和外围电路。智能仪器的软件部分一般包括接口　管理程序以及监控程序两部分，等等。　２智能仪薯仪表的发晨趣势　仪器仪表与微处理器有机相结合以后，通过键盘以及遥控接口，微处　理器可以接受到各类命令和信号，从而做到有效控制仪器运行，这是传统　的模拟仪器仪表很难做到的，与传统仪器仪表相比，智能仪器呈现出以下　的发展趋向：第一个发展趋势是虚拟仪器。数据采集、数据分析和数据显　示等三大功能是典型测量仪器的主要功能　在虚拟仪器的系统中，数据分　析和显示都是由Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ的软件来完成。所以，只要提供一定量　的数据采集硬件，就可以与Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ组成测量仪器。这种基于　Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ的测量仪器称为虚拟仪器。在虚拟仪器之中，使用同一　个硬件系统，应用不同的软件程序，就可以得到功能完全不一样的测量仪　器。传统的智能仪器就是在仪器技术中有机结合某种计算机技术，虚拟仪　（上接第２８页）　３结论　单站无源雷达系统是否能对目标进行定位与连续跟踪，关键是求出系　统的测量方程，通过对系统的多次测量可以得到系统的可观测矩阵，然后　分析可观测矩阵是否有解以及在何种情况下有解。若系统有解，则通过对　系统状态方程的递推滤波就可以实现对目标的连续跟踪。　器就是通过计算机技术吸收仪器技术，虚拟仪器最核心的软件系统应该具　备通用性、通俗性、灵活性和升级性等等，从而为用户带来极大的便利和　利益，虚拟仪器具有无可比拟的应用前景。第二个发展趋势是网络化。随　着现代网络技术的高速发展和快速进步，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ技术已经渐渐向智能仪　器系统设计领域进行渗透，实现智能仪器系统基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的通讯能力和　对现有的智能仪器仪表系统进行远程可控制的升级、重置功能和维护系　统。Ｉｎ—ＳｙｓｔｅｍＰｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ（简称ＩＳＰ技术，中文称系统编程技术）是对系　统软件进行修改、组态或重组的一种最新技术。ＩＳＰ技术有效避免了传统技　术的某些限制和弊端，更加有利于面板设计、部件制造与系统编程。ＩＳＰ硬　件比较灵活机动而且便于修改软件，可以更加有利于设计开发。因为ＩＳＰ器　件像任何其他器件一样，可以在印刷电路板上处理，所以，编程ＩＳＰ器件就　不必需要专门编程器，只要通过Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ，嵌入式系统处理器甚　至Ｉｎｔｅｒｎｅｔ远程网络就可以进行有效地编程。Ｅｍｉｔ嵌入式微型因特网互联　技术是一种将单片机等嵌入式设备接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的技术，这个技术可以将　８位和１６位单片机系统接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，从而有效实现远程数据的采集、智能　控制、上传／下载数据文件等功能。第三个发展趋势是人工智能化。随着　生产、医疗、生活等各个领域对智能仪器仪表的新需求，人工智能仪器仪　表也崭露头角。人工智能化的仪器就是充分利用计算机来模拟人的某些智　能，并有效用于机器人、医疗以及推理证明等方面。发展一定人工智能化　的智能仪器可以代替人的一部分脑力劳动，在图形、色彩辨读以及在推　理、判断、联想等方面具有一定的智能，从而实现智能仪器在不需要人的　控制和干预的情况，自主实现检测或控制等工作。人工智能在现代仪器仪　表中的应用中，可以解决传统的方法根本不能解决的问题。　３结柬语　伴随着微电子技术、测量控制技术、计算机技术和通信技术等技术不　断进步和彼此渗透，更加有效地促进了智能仪器的迅速发展，智能仪器仪　表因为其体积小、功能强、功耗低等优势，也迅速在家用电器、工业生　产、科研系统等得到了有效运用。可以预见，在不远的将来，各种功能的　智能仪器仪表会广泛地使用在社会的各个领域。　参考文献：　［１］杨欣荣，智能仪器原理设计与发展［Ｍ］．长沙：中南大学出版社，２００３．　［２］贾红宇、施楚、沈永滨，现代智能仪器仪表的发展趋势［Ｊ］．科技信　息，２０００（２）．　［３］王海平、王岩、王健，ＩＮ￣Ｉ，仪器仪表的发展趋势［Ｊ］．吉林师范大学学　报（自然科学版），２００３（３）．　参考文献：　［１］丁卫安，空中目标无源单站定位算法研究［Ｄ］．西北工业大学，　２００９（７）：７０—７５．　［２］罗景表、刘文山，固定单站对机动目标无源定位的最小二乘估计算法　［Ｊ］．信号处理，２０００（１２）：５３～５８．

Ｎｏ．０４，２０１２　现代商贸工业　Ｍｏｄｅｒｎ　Ｂｕｓｉｎｅｓｓ　Ｔｒａｄｅ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　２０１２年第４期　

自动化仪表控制系统技术发展趋势展望　

杨　振　（海南师范大学物理与电子工程学院，海南海口５７１１５８）　摘　要：由于科学技术的快速进步以及人工智能的不断发展，自动化仪表控制系统对于设备而言发挥了愈来愈关键的　作用，通过使用嵌入式微机使得自动化仪表的结构设计与概念发生了根本改变，对系统的发展也有比深远的影响。利用对　自动化仪表的发展进行分析，对于其具有智能化、网络化、总线化以及开放性的基本特点以及发展方向进行讨论。　关键词：自动化仪表；计算机控制系统；嵌入式　中图分类号：Ｆ４９　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—３１９８（２０１２）０４—０２３９—０１　１　自动化仪表控制系统的简要介绍　自动化仪表控制系统是一个设备的神经中枢，发挥对　设备是否正常运转进行监测的作用，也可以为调整设备的　基本技术参数提供参考。自动化仪表主要是由一些自动化　元器件组成的，具备十分完善的自动化功能的一种技术工　具。它通常同时具备好几种功能，比如测量或者记录、显　示、控制以及自动报警等。自动化仪表通常包括：流量、压力、　温度等各种仪表、校验仪表的压力、热工、标准等各种校验仪　表、还有就是数控、流量等仪表普遍用于石化、冶金、电力、科　学研究以及国防等领域的自动化控制。自动化仪表控制系　统是工业自动化系统的组成部分之一，自动化仪表发挥了对　信息进行转换的作用，可以将输入信号转变为输出信号。信　号能够根据时间域或者频率域进行表达，传输的信号能够调　制成连续性的模拟量或者是断断续续的数字量模式。　２自动化仪表的发展　由于计算机技术的快速进步与迅猛发展，自动化仪表也　得到了突飞猛进地发展，尤其是在过程自动化的实现、对测　量数据进行处理以及系统控制等这些方面获得了长足的进　步。进入２１世纪之后，部分准确度与性能比较高的以及功能　较多的测量仪器均已经嵌入微型处理器。我们国家的自动　化仪表已经具备了网络化、智能化、总线化以及开放性等特　点，尽管从整体而言和国外先进的技术相比较还存在一定的　差距，然而在部分领域也达到领先世界的水平。此外，最近　几年以来温度仪表的重大进展是红外热像仪的得到非常广　泛地运用。我国制造的低端压力以及带热功能的压力变送　器在最近几年也获得快速的发展，品种与规格齐全、价格低　廉，在市场上具有很强的竞争力。最近几年以来，控制阀行　业也取得了明显地进步，产品的“跑”、“冒”、“滴”、“漏”等问题　有了明显的改进，很多产品的质量已经达到国际先进的水　平。在控制系统领域的发展也是让人振奋。　３　自动化仪表控制系统的发展方向　自动化仪表技术也随着科技的发展而发展，对于仪器　仪表有了更高的标准与要求。仪器仪表今后的发展方向是　充分运用全新的工作原理以及选择全新的材料和元件，比　如运用超声波、Ｘ射线、微波、远红外线、核磁共振成像以及　激光等原理，运用不同的半导体敏感元器件、集成光路与电　路、光导纤维等等。其最终目标是使得仪器仪表更加小型　化，重量更轻、生产成本不断降低以及更加有利于使用和维　修等。此外，运用微机使得仪器仪表的性能不断增强，使得　仪器仪表的自动化与智能化程度以及处理数据的能力进一　步提高。从而实现仪器仪表不但可以供单项使用，并且可　以通过标准接Ｉ：１以及数据通道和计算机有效结合，构成不　同的测控管理工作的综合系统。　３．１分布式控制系统的发展方向　分布式控制系统为一种全新的计算机控制系统，它是　基于集中式控制系统逐步发展与演变出来的。它是主要由　一个过程控制级以及过程监控级所构成的利用通信网络作　为其纽带的系统，将现代计算机技术、现代通信技术、现代　图形显示技术以及现代控制技术即４Ｃ技术进行综合，其指　导思想是集中操作与分散控制与集中操作、分级管理以及　配置灵活等。我国生产的ＤＣＳ系统早已运用于大型超临界　火力发电机组的控制系统。　３．２开放性控制系统的发展方向　当前的测控仪器愈来愈多使用嵌入式的操作系统核心　软件以及性能非常高的微处理的核心硬件系统的嵌入式系　统技术，今后的仪器仪表以及计算机之间的相互联系也会　变得更加紧密，安捷伦公司认为仪器仪表等相关设备上都　应该具有计算机的全部接口，比如打印接、ＵＢＳ、局域网网　络等各种接口等，测量的结果也应当利用ＵＢＳ接口保存到　移动硬盘等可移动存储设备中去，使用该设备就像操作一　台计算机一样，接口齐全的话可以将现场的各种测控仪表　或者相关执行器设备连接起来，在过程控制系统的主计算　机的支持下，利用网络形成具备特定功能的测量与控制系　统，从而达到了对多种智能化现场测量与控制设备进行开　放式的相互连接。　３．３　网络化控制系统的发展方向　现场总线技术通过数字化的通信技术，从而使得自动　控制系统和现场的相关设备连接到企业的信息网络，当作　企业信息网络的底层，可以有效发挥智能仪表的作功能。　由于工业信息网络技术的快速发展，在不久的将来可能会　产生以网络结构体系为主的全新的自动化仪表，也就是ＩＰ　智能现场仪表，比如建立在以嵌入式互联网为基础的控制　网络体系结构，其基本的特点是：Ｅｔｈｅｒｎｅｔ将贯穿到网络的　每一个层次，从而使得网络变得更加透明，覆盖到企业全部　的运用范围从而达到了实质意义上人工办公和工业自动化　办公的完美融合，所以可以称之为扁平化的工业信息控制　网络，其优良的互连性以及可扩展性使得该系统成为实质　意义上的一种完全开放式的网络体系结构，从而实现了实　质意义上的大统一。　现代先进的智能化的自动化仪表技术的发展不仅使得　仪表自身的性能得到提升，对于控制网络的体系结构也产　生了重大影响，它不再是只有单一功能固定结构，其适应性　不断增强，功能也愈来愈完善，可以肯定的是，新一代的智　能化仪器仪表将会在计算机信息网络技术的支撑下获得更　加广泛的运用。　参考文献　［１］赵群，张翔，谢素珍，等．自动化仪表与控制系统的现状与发展趋　势综述［Ｊ］．现代制造技术与装备，２００７．　－－－——２３９・－－