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摘要：随着社会的发展与进步，重视自动化仪表新技术的应用研究对于现实生活具有重要的意义。本文主要介绍自动化仪表新技术的应用研究的有关内容。
关键词：自动化；仪表；新技术；应用；
中图分类号： F407.67文献标识码：A文章编号：
引言
在现代社会生产中，热能动力工程的地位是极为重要的。今天，工农业各部门及人民生活所消耗的电力绝大部分是由热能动力的发电厂所生产的电能提供的；各生产部门中直接用于驱动机械设备的原动机几乎全部是汽轮机、内燃机、燃气轮机等热能动力装置；在人类征服宇宙空间的伟大斗争中，也正是热能动力家族中的一员——强大的火箭发动机建立了功勋。总之，对于现代的社会生产的发展，热能动力工程起着十分重要的保证作用和积极的推动作用。
一、通信及网络技术
常用的通信标准主要有: RS- 232C, RS- 485,MODBUS 及RTU 等。这些通信标准在传统的自动化仪表中得到广泛应用。随着工业控制系统逐步从集中走向分散以及管控一体化和企业综合自动化的发展趋势,对自动化仪表的通信提出了更高的要求: 更高的通信速率、更丰富的信息、更节省的安装维护费用、更高的可靠性和互可操作性。同时, 通信技术、网络技术和微电子技术的发展也为新通信标准的出现奠定了基础。
1. 1 现场总线
根据国际电工委员会( IEC) 的定义, 现场总线是一种应用于生产现场, 在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点通信的通信网络。与传统的控制系统相比, 现场总线控制系统具有以下特点: 数字信号传输; 系统的开放性; 互可操作性; 现场设备智能化; 系统结构的高度分散性和对现场环境的适应性。由于历史原因, 在不同的应用领域存在多种总线标准, 总数超过400 种。现场总线今后的发展将呈以下趋势: ¹ 多种总线并存, 每种总线将形成其特定的应用领域, 未来能占有市场的总线将集中在少数有竞争力的总线上;以太网的引入渐成热点
1. 2 工业以太网
过去普遍认为, 以太网是为IT 领域应用而开发的, 在工业自动化领域只能得到有限应用, 这主要是因为: 1）以太网采用CSMA/ CD 碰撞检测方式, 在网络负荷较重( 大于40%) 时, 网络的时间确定性不能满足工业控制的实时要求; 2）以太网所用的接插件、集线器、交换机和电缆等是为办公应用而设计的, 不符合工业现场恶劣环境的要求;3）在工厂环境中, 以太网抗干扰(EMI) 性能较差。若用于危险场合, 以太网不具备本安全性能; 以太网还不具备通过信号线向现场仪表供电的性能。
二、网络化实现技术
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。
三、新型元器件
随着微电子技术、光电技术和存储技术的迅速发展, 各种新型元器件不断问世。而新型元器件的采用, 使得传统的仪表得到更新换代, 不仅体积更小, 价格更低, 而且性能更高, 使用更加方便。下面主要介绍用于自动化仪表的新型元器件。
4. 1 电源变换技术
4. 1. 1 AC/DC
传统的自动化仪表采用模拟电源,存在份量重、效率低、输入电压适应性差等不足。随着开关电源的迅速发展, 开关电源在自动化仪表中得到广泛应用, 其原理如图5 所示。其中, 高频开关管采用TOP 管, 频率可达100kHz, 用TOP 管实现AC/DC在自动化仪表使用开关电源具有以下优点: 效率高, 高达85%; 体积小、重量轻; 成本较低; 输入电压适应范围广, 可在交流输入85~ 265V, 时工作; 输出电压的纹波能到达1%的要求; 过压、过流保护和抗干扰能力强。
3. 1. 2 DC/DC
DC/ DC 用来实现电压变换和隔离, 在自动化仪表中主要采用基于磁性材料和功率开关管的超小型小功率DC/ DC 模块。其具有以下特点: ¹ 功率在1W左右,适合自动化仪表使用; 1）采用变压器隔离, 隔离电压超过1 000V, d. c. , 使仪表抗干扰能力增强; 2）效率可达到85%, 发热量小; 3）工作温度范围在- 40~ + 80e ,符合工业级标准; 4）外型符合DIP 封装, 尺寸较小, 适合自动化仪表的窄空间范围; 5）MTBF ( 平均故障间隔时间) 可达100 万h, 可靠性极强。DC/DC 模块的应用使得自动化仪表的电源部分更小、更可靠、更高效、性价比更高。
4. 2 Σ- Δ A/ D、D/ A 技术
准确、可靠地测量現场各种物理量是自动化仪表的首要目标, 因此A/ D、D/ A 的选取和合理使用对于仪表的性能至关重要。传统的A/D 主要采用双积分、计算式和逐次比较型, 而新型的Σ- Δ A/ D、D/ A 技术则采用过采样和数字滤波。
4. 3 Flash 存储器
近年来, 一种新的存储器—Flash 发展迅速, 在消费电子产品中应用广泛。和传统的存储器相比, Flash 具有许多优点: 不仅可读, 也可受保护地写; 快速擦除, 可重复写10 万次, 断电保存时间大于10 年; 价格低, 容量大, 省电, 快速( 50ns) 。这些优点使得Flash 在自动化仪表中也开始得到应用, 比如用作无纸记录仪中的历史数据存储器和智能仪表中的组态存储器。
结束语
我们有理由相信，随着信息产业等新技术的发展，在不久的将来，自动化仪表工程将得到更深入更全面的发展和应用，自动化仪表工程在质量方面将得到更加有利的控制，控制技术也将更加成熟，这就为自动化仪表工程在工程施工过程中控制工程质量、节约劳动成本和提高工程生产率等方面做出更大的贡献，给我们的日常工作生活带来更多的安全和方便。
参考文献
[1]周萼秋.现代工程机械的质量控制［M］.北京:人民交通出版社，2007.
[2]储文华.具有视觉系统的工程机器人研究［J］.吉林大学学报，2004.
[3]叶涛.自动化仪表工程技术研究与质量控制［J］.机器人技术,2005.
[4]顾维.浅谈我国仪器仪表行业[J].职业时空.2007.
关键词：自动化；仪表；新技术；应用；
中图分类号： F407.67文献标识码：A文章编号：
引言
在现代社会生产中，热能动力工程的地位是极为重要的。今天，工农业各部门及人民生活所消耗的电力绝大部分是由热能动力的发电厂所生产的电能提供的；各生产部门中直接用于驱动机械设备的原动机几乎全部是汽轮机、内燃机、燃气轮机等热能动力装置；在人类征服宇宙空间的伟大斗争中，也正是热能动力家族中的一员——强大的火箭发动机建立了功勋。总之，对于现代的社会生产的发展，热能动力工程起着十分重要的保证作用和积极的推动作用。
一、通信及网络技术
常用的通信标准主要有: RS- 232C, RS- 485,MODBUS 及RTU 等。这些通信标准在传统的自动化仪表中得到广泛应用。随着工业控制系统逐步从集中走向分散以及管控一体化和企业综合自动化的发展趋势,对自动化仪表的通信提出了更高的要求: 更高的通信速率、更丰富的信息、更节省的安装维护费用、更高的可靠性和互可操作性。同时, 通信技术、网络技术和微电子技术的发展也为新通信标准的出现奠定了基础。
1. 1 现场总线
根据国际电工委员会( IEC) 的定义, 现场总线是一种应用于生产现场, 在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点通信的通信网络。与传统的控制系统相比, 现场总线控制系统具有以下特点: 数字信号传输; 系统的开放性; 互可操作性; 现场设备智能化; 系统结构的高度分散性和对现场环境的适应性。由于历史原因, 在不同的应用领域存在多种总线标准, 总数超过400 种。现场总线今后的发展将呈以下趋势: ¹ 多种总线并存, 每种总线将形成其特定的应用领域, 未来能占有市场的总线将集中在少数有竞争力的总线上;以太网的引入渐成热点
1. 2 工业以太网
过去普遍认为, 以太网是为IT 领域应用而开发的, 在工业自动化领域只能得到有限应用, 这主要是因为: 1）以太网采用CSMA/ CD 碰撞检测方式, 在网络负荷较重( 大于40%) 时, 网络的时间确定性不能满足工业控制的实时要求; 2）以太网所用的接插件、集线器、交换机和电缆等是为办公应用而设计的, 不符合工业现场恶劣环境的要求;3）在工厂环境中, 以太网抗干扰(EMI) 性能较差。若用于危险场合, 以太网不具备本安全性能; 以太网还不具备通过信号线向现场仪表供电的性能。
二、网络化实现技术
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。
三、新型元器件
随着微电子技术、光电技术和存储技术的迅速发展, 各种新型元器件不断问世。而新型元器件的采用, 使得传统的仪表得到更新换代, 不仅体积更小, 价格更低, 而且性能更高, 使用更加方便。下面主要介绍用于自动化仪表的新型元器件。
4. 1 电源变换技术
4. 1. 1 AC/DC
传统的自动化仪表采用模拟电源,存在份量重、效率低、输入电压适应性差等不足。随着开关电源的迅速发展, 开关电源在自动化仪表中得到广泛应用, 其原理如图5 所示。其中, 高频开关管采用TOP 管, 频率可达100kHz, 用TOP 管实现AC/DC在自动化仪表使用开关电源具有以下优点: 效率高, 高达85%; 体积小、重量轻; 成本较低; 输入电压适应范围广, 可在交流输入85~ 265V, 时工作; 输出电压的纹波能到达1%的要求; 过压、过流保护和抗干扰能力强。
3. 1. 2 DC/DC
DC/ DC 用来实现电压变换和隔离, 在自动化仪表中主要采用基于磁性材料和功率开关管的超小型小功率DC/ DC 模块。其具有以下特点: ¹ 功率在1W左右,适合自动化仪表使用; 1）采用变压器隔离, 隔离电压超过1 000V, d. c. , 使仪表抗干扰能力增强; 2）效率可达到85%, 发热量小; 3）工作温度范围在- 40~ + 80e ,符合工业级标准; 4）外型符合DIP 封装, 尺寸较小, 适合自动化仪表的窄空间范围; 5）MTBF ( 平均故障间隔时间) 可达100 万h, 可靠性极强。DC/DC 模块的应用使得自动化仪表的电源部分更小、更可靠、更高效、性价比更高。
4. 2 Σ- Δ A/ D、D/ A 技术
准确、可靠地测量現场各种物理量是自动化仪表的首要目标, 因此A/ D、D/ A 的选取和合理使用对于仪表的性能至关重要。传统的A/D 主要采用双积分、计算式和逐次比较型, 而新型的Σ- Δ A/ D、D/ A 技术则采用过采样和数字滤波。
4. 3 Flash 存储器
近年来, 一种新的存储器—Flash 发展迅速, 在消费电子产品中应用广泛。和传统的存储器相比, Flash 具有许多优点: 不仅可读, 也可受保护地写; 快速擦除, 可重复写10 万次, 断电保存时间大于10 年; 价格低, 容量大, 省电, 快速( 50ns) 。这些优点使得Flash 在自动化仪表中也开始得到应用, 比如用作无纸记录仪中的历史数据存储器和智能仪表中的组态存储器。
结束语
我们有理由相信，随着信息产业等新技术的发展，在不久的将来，自动化仪表工程将得到更深入更全面的发展和应用，自动化仪表工程在质量方面将得到更加有利的控制，控制技术也将更加成熟，这就为自动化仪表工程在工程施工过程中控制工程质量、节约劳动成本和提高工程生产率等方面做出更大的贡献，给我们的日常工作生活带来更多的安全和方便。
参考文献
[1]周萼秋.现代工程机械的质量控制［M］.北京:人民交通出版社，2007.
[2]储文华.具有视觉系统的工程机器人研究［J］.吉林大学学报，2004.
[3]叶涛.自动化仪表工程技术研究与质量控制［J］.机器人技术,2005.
[4]顾维.浅谈我国仪器仪表行业[J].职业时空.2007.