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淺談智能儀表的發展曆程和技術優勢

來源:上海亿万先生電氣   發布時間:2018-12-09 10:35


    
     智能儀表是建立在微電子技術發展的基礎上,超大規模集成電路的嵌入,將CP
  U、存儲器、A/D轉換、輸入/輸出等功能集成在一塊芯片上,甚至將PID控製組件也置入其中。加之現場總線的應用,智能儀表與控製係統之間的數字通訊將替代(用一物質代替另一物質(多為強者取代弱者的地位))以往的模擬傳遞,大大提高了精度和可靠性,避免了模擬信號在傳輸過程中的衰減,長期難以解決的幹擾問題得到解決。此外,由於數字通訊,節省(spare)了大量電纜(Cable)、安裝材料和安裝費用(expense)。
    智能儀表及其技術的發展曆程
      曆經以模擬技術為特征的電動單元組合儀表、以數模混合技術為特征的DDZ-S係列儀表的開發後,1983年,美國霍尼韋爾公司向製造工業率先推出了新一代智能(intelligence)型壓力變送器,這標誌著模擬儀表向數字化智能儀表的轉變。直流發生器最新研究、設計、製造的新科技產品,適用於電力部門、廠礦企業動力部門、科研單位、鐵路、化工、發電廠等對氧化鋅避雷器、磁吹避雷器、電力電纜、發電機、變壓器、開關等設備進行直流高壓試驗,是新世紀最理想的換代產品。當時的這種智能變送器已具有高精度(精確度)、遠距離校驗和靈活組態的特性,並告知用戶:盡管初期購置費用較高,但會被較低的運行和維護費用所補償。緊隨其後的十年裏,國外其他公司的智能壓力變送器也陸續在一些生產線上被采用,它們包括(bāo kuò):Rosemoun
  T、Foxbor
  O、YOKOGAW
  A、 Siemen
  S、E&
  H、Baile
  Y、Fuji和ABB等。但由於缺少高速的智能通訊標準、用戶對於高精度監控要求並不突出、培訓等服務機製相對薄弱,當時的智能應用並不樂觀,隻占到了約20%的市場。
      隨著微電子、計算機、網絡和通訊技術的飛速發展以及綜合自動化程度的不斷提高,目前一般應用在工業自動化領域的智能(intelligence)儀表,其技術也同樣在過去的二十多年裏得到了迅猛的發展。目前國外智能儀表占據了國際應用市場的絕大比重,如何結合目前智能儀表的工業應用經驗並快速跟蹤國際智能前沿技術應用於我國智能儀表的開發研究成為振興民族智能儀器設備儀表的一大突出問題。
    智能儀表的優勢(解釋:能壓倒對方的有利形勢)和特性
      智能(intelligence)儀表在工業自動化領域的廣泛(extensive)應用得益於其突出的技術優勢和特點,諸如其高穩定性(The stability of)、高可靠性、高精度、易維護性。高壓發生器精度高、測量準確。電壓、電流表均為數字顯示,電壓分辨率為0.1kV,電流分辨率為0.1uA,控製箱上電壓表直接顯示加在負載試品上的電壓值,使用時無需外加分壓器,接線簡單。儀器具有高、低壓端測量泄漏電流,高壓端采用圓形屏蔽數字表顯示,不怕放電衝擊,抗幹擾性能好,適合現場使用。以智能變送器為例,智能儀表具備如下優點:
    (1)精度高智能變送器具有較高的精度。高壓直流發生器率先應用最新的PWM高頻脈寬調製技術,閉環調整,采用了電壓大反饋,使電壓穩定度大幅度提高。使用性能卓越的大功率IGBT器件及其驅動技術,並根據電磁兼容性理論,采用特殊屏蔽、隔離和接地等措施。使直流高壓發生器實現了高品質、便攜式,並能承受額定電壓放電而不損環。利用內裝的微處理(chǔ lǐ)器,能夠實時測量出靜壓、溫度(temperature)變化對檢測元件的影響,通過數據處理,對非線性進行校正,對滯後及複現性進行補償,使得輸出信號更精確。一般情況,精度為最大量程的±0.1%,數字信號可達±0.075%。
    (2)功能強
    智能變送器具有多種複雜的運算功能,依賴內部微處理器和存儲器,可以執行開方、溫度(temperature)壓力補償及各種複雜的運算。
    (3)測量範圍寬
    普通變送器的量程比最大為
  10:1,而智能變送器可達40:1或100:1,遷移量可達1900%和-200%,減少變送器的規格,增強通用性和互換性,給用戶帶來諸多方便。
    (4)通信功能強
      智能變送器均可實現手操器進行操作,既可在現場將手操器插到變送器的相應插孔,也可以在控製室將手操器連接到變送器的信號線上,進行零點及量程的調校及變更。有的變送器具有模擬量和數字量兩種輸出方式(如HART協議),為實現現場總線通訊奠定了基礎。
(5)完善的自診斷功能
    通過通信器可以查出變送器自診斷的故障結果信息。
    對於智能儀表技術及其應用未來發展方向的建議
    (1)智能儀表的智能化程度有待進一步提高
      智能儀表的智能化程度表征著其應用的廣度和深度,目前的智能儀表還隻是處於一個較低水平的初級智能化階段,但某些特殊工藝及應用場合則對儀表的智能化提出了較高的要求,而當前的智能化理論,如:神經網絡、遺傳算法、小波理論、混沌理論等已經具備潛在的應用基礎,這就意味著我們有必要也有能力結合具體的應用需要下大氣力開發高級智能化的儀表技術。
    (2)智能儀表的穩定性(The stability of)、可靠性有待長期和持續的關注儀表運行的穩定性、可靠性是用戶首要關心的問題(Emerson),智能儀表也不例外,隨著智能儀表技術的不斷拓展、新型的智能儀表也將陸續投放市場,這需要我們始終把握一個原則:每一項智能新技術的應用有待實踐的檢驗,是否用戶有信心和勇氣敢於做“第一個吃螃蟹的人”。這就需要安全性(security)、可靠性技術的並行開發。
    (3)智能(intelligence)儀表的潛在功能應用有待最大化
      目前工業自動化領域的實際應用尚未將智能儀表的功能發揮(表現出內在的能力)最大化,而更多的隻是應用了其總體功能的半數左右,而這一應用現狀的主要原因是,控製(control)係統的總體架構忽略了諸如現場總線的技術優勢,這需要儀表廠商與用戶建立良好的合作夥伴關係,加強長期合作,以短期投資(意義:是未來收益的累積)促長期效益,通過(tōng guò)建立“智能儀表+現場總線”的控製係統架構,確立優化的投資觀念,達成和諧共贏的目標。
    (4)繼續加大國內智能(intelligence)儀表的開發投入
      智能儀表技術及應用還需要經曆一個較為漫長的成熟發展期,而對於國內智儀表技術及產品開發已經麵臨著更大的挑戰,這種局麵召喚著國內儀表行業共同探討智能儀表的發展問題(Emerson),應對激烈的國際競爭市場,擔負儀表產業的曆史使命,在日益優厚的國家及政府扶持政策下,堅持產、學、研的密切結合,繼續加大國內智能儀表的開發投入。
 
 
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