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浅谈智能仪表的发展历程和技术优势

来源:上海美端电气   发布时间:2018-12-09 10:35


    
     智能仪表是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CP
  U、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(用一物质代替另一物质(多为强者取代弱者的地位))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(spare)了大量电缆(Cable)、安装材料和安装费用(expense)。
    智能仪表及其技术的发展历程
      历经以模拟技术为特征的电动单元组合仪表、以数模混合技术为特征的DDZ-S系列仪表的开发后,1983年,美国霍尼韦尔公司向制造工业率先推出了新一代智能(intelligence)型压力变送器,这标志着模拟仪表向数字化智能仪表的转变。直流发生器最新研究、设计、制造的新科技产品,适用于电力部门、厂矿企业动力部门、科研单位、铁路、化工、发电厂等对氧化锌避雷器、磁吹避雷器、电力电缆、发电机、变压器、开关等设备进行直流高压试验,是新世纪最理想的换代产品。当时的这种智能变送器已具有高精度(精确度)、远距离校验和灵活组态的特性,并告知用户:尽管初期购置费用较高,但会被较低的运行和维护费用所补偿。紧随其后的十年里,国外其他公司的智能压力变送器也陆续在一些生产线上被采用,它们包括(bāo kuò):Rosemoun
  T、Foxbor
  O、YOKOGAW
  A、 Siemen
  S、E&
  H、Baile
  Y、Fuji和ABB等。但由于缺少高速的智能通讯标准、用户对于高精度监控要求并不突出、培训等服务机制相对薄弱,当时的智能应用并不乐观,只占到了约20%的市场。
      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,目前一般应用在工业自动化领域的智能(intelligence)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设备仪表的一大突出问题。
    智能仪表的优势(解释:能压倒对方的有利形势)和特性
      智能(intelligence)仪表在工业自动化领域的广泛(extensive)应用得益于其突出的技术优势和特点,诸如其高稳定性(The stability of)、高可靠性、高精度、易维护性。高压发生器精度高、测量准确。电压、电流表均为数字显示,电压分辨率为0.1kV,电流分辨率为0.1uA,控制箱上电压表直接显示加在负载试品上的电压值,使用时无需外加分压器,接线简单。仪器具有高、低压端测量泄漏电流,高压端采用圆形屏蔽数字表显示,不怕放电冲击,抗干扰性能好,适合现场使用。以智能变送器为例,智能仪表具备如下优点:
    (1)精度高智能变送器具有较高的精度。高压直流发生器率先应用最新的PWM高频脉宽调制技术,闭环调整,采用了电压大反馈,使电压稳定度大幅度提高。使用性能卓越的大功率IGBT器件及其驱动技术,并根据电磁兼容性理论,采用特殊屏蔽、隔离和接地等措施。使直流高压发生器实现了高品质、便携式,并能承受额定电压放电而不损环。利用内装的微处理(chǔ lǐ)器,能够实时测量出静压、温度(temperature)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%。
    (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(temperature)压力补偿及各种复杂的运算。
    (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。
    (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。
(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。
    对于智能仪表技术及其应用未来发展方向的建议
    (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。
    (2)智能仪表的稳定性(The stability of)、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(Emerson),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(security)、可靠性技术的并行开发。
    (3)智能(intelligence)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(表现出内在的能力)最大化,而更多的只是应用了其总体功能的半数左右,而这一应用现状的主要原因是,控制(control)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(意义:是未来收益的累积)促长期效益,通过(tōng guò)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。
    (4)继续加大国内智能(intelligence)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(Emerson),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。
 
 
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