工業儀表與裝置智能化網絡化的進展
“工欲善其事，必先利其器”，這是中國的一句老話，人們早就知道了工具的重要性。隨著以知識經濟為特征的信息時代的到來，人們對儀器儀表的認識已顯的觀念更新。作為工業自動化技術工具的自動化儀表與控制裝置，在*的推動下，正跨入真正的數字化、智能化、網絡化的時代。其技術發展的主流趨勢表現在：測量信息數字化，檢測控制儀表智能化，控制管理集成化。
專家們認為，在計算機與自動化領域內，20世紀80年代的熱點是個人計算機，90年代的熱點是計算機網絡，新世紀*個10年的熱點將是傳感、執行與通信。這種預測是有一定根據的。我們知道，智力活動的基礎必須是依靠儀器儀表獲取應有的可靠的信息，于是人們終于認識到儀器儀表已不僅僅是工業時代*的“工具”，而是當今高科技信息時代的“尖兵”，是信息的源頭。科技要發展，生產要發展，儀器儀表必須先行發展，這已成為有識之士的共識。
近年來，各種*迅猛發展，特別是微電子、微機械、新材料和新工藝的發展，及計算機、通信技術的廣泛應用，正在*改變著自動化儀表的本質及其工作原理，進而實現傳統儀表不可能完成的全新更佳功能，創造出新一代傳感檢測儀表和控制系統裝置。下面扼要敘述一下我國自動化儀表與裝置的技術進展。
一、關于儀表的智能化和柔性化
“智能化”是自動化技術當前和今后的發展動向之一，它已經成為工業控制和自動化領域的各種新技術，新方法、新產品的發展趨勢和顯著標志。中國人工智能學會理事長涂序彥教授曾撰文論述：“什么是‘智能化’？目前尚缺乏明確的，*的，科學的定義。但是，‘智能化’與‘電腦化’是有區別的，不是同一個概念。
‘智能化’應當有兩方面的含義：
（1）采用‘人工智能’的理論、方法和技術；
（2）具有‘擬人智能’的特性或功能，例如自適應、自學習、自校正、自協調、自組織、自診斷、自修復等。這可作為衡量是不是智能化裝置、設備、系統的性能標準。由此可得到關于智能化的定義：是‘采用人工智能理論、方法、技術’七/并‘具有某種擬人智能特性和功能’。
也就是說：利用計算機來代替人的一部分腦力勞動，具有運用知識進行推理、學習、聯想解決問題的能力。就智能化儀表和裝置來說，則應該具有以下特征：
· 能自動完成某些測量任務或在程序指導下完成預定動作；
· 具有進行各種復雜計算和修正誤差的數據處理能力；
· 具有自校準、自檢測、自診斷功能；
· 便于通過標準總線組成個多種儀表的復雜系統，實現復雜的控制功能，并能靈活地改變和擴展功能”。
前不久，涂序彥教授又撰文指出：“現有的測控系統通常具有剛性體系結構，缺乏自組織、自維修、自適應等方面的柔性，智能水平不高。現在一些新型智能儀表雖冠以智能化的名稱，實際上是電腦化，名不副實，只是采用了計算機，電腦化并不等于智能化，應該向智能化方向努力”。
為此他提出了柔性智能測控儀表的研究思路，就是在現有電腦化儀表的基礎上，采用硬件軟化、軟件集成，虛擬現實、軟測量等人工智能的方法和技術，實現測控儀表的柔性化，研究開發具有擬人智能特性或功能，名副其實的智能化儀表。例如，上海自動化儀表研究所研究開發的帶有人工智能預估控制的多回路數字調節器（TDM-50A型），它能解決特大純滯后（超過12min）過程的啟動和穩定控制，自動檢測純滯后時間，自動尋優建立全部控制參數，實現快速無超調的控制品質。又如上海自動化儀表研究所創新設計的通用流量演算器（FC-6000型），從理論分析解決了流量測量上各種復雜計算和補償修正的工程應用問題，能有效地提高流量測量的度，并判斷出故障產生的原因。
二、關于智能檢測儀表和執行器
檢測儀表與執行器是生產過程自動化和經營管理現代化的基礎，特別受到人們的重視。隨著工業自動化技術的進展，它們起著越來越重要的作用，因為沒有性能好、度高、質量可靠的儀表來檢測現場各種有關信息，要實現高水平的自動化就是一句空話。下面重點介紹國內在這方面研究開發的創新成果。
1. 分布式光纖溫度傳感網絡
用于工業過程檢測的分布式光纖溫度傳感網絡是一種實時，在線、多點光纖溫度測量系統，是一種新型檢測方法與技術。系統中的光纖既是傳輸媒體又是傳感媒體，利用光纖背向喇曼散射的強度，經波分復用器和光電檢測器采集了帶有溫度信號的背向喇曼散射光電信號，再經信號處理，解調后將溫度信息實時從噪聲中提取出來并進行顯示，它是典型的激光光纖溫度通信網絡。在一根長為2km的光纖上可采集1000個溫度信息并能進行空間定位，它已經應用于煤礦、隧道的火災自動溫度報警系統，也可用于油庫，危險品倉庫的溫度報警和大型設備溫度分布測量等。
分布式光纖溫度傳感網絡的傳感光纖不帶電，抗射頻和電磁干擾，防燃，防爆、抗腐蝕、耐高電壓和強磁場，耐電離輻射，能在有害環境中安全運行，系統具自標定、自校準許和自檢測功能。
2. 新一代固態傳感器與智能壓力/差壓變送器
微電子技術的迅猛發展，促進了微機械加工技術的日益更新，它已引伸到儀表領域，奠定了現代傳感器技術的基礎，推動著全新的固態傳感器和集成化智能變送器的發展和實用化，現已取得了引人注目的成果。固態傳感器與傳統結構型傳感器相比較，在技術和性能上發生了質的變化，它使傳感器技術向微型化、高度、低功耗、智能化方向邁出了一大步，這標志著檢測傳感器與變送器將發生一場劃時代的變革。
近年來，多種微結構的固態硅傳感器已被開發出來并投入生產應用，如微型伺服加速度計，微結構加速度開關，微硅諧振式壓力傳感器、微硅復合應變壓力傳感器、微硅質量流量計等。人們預測，采用微機械加工技術可以生產出各種微結構傳感器，在此基礎上再實現傳感器與微處理器的集成化，就可設計出新一代數字式智能變送器。
3. 一體化節流式差壓流量計
一體化節流式差壓流量計是將節流裝置，智能差壓變送器與流量顯示裝置融為一體的流量測量系統。它引入了節流定值的概念，使差壓流量計跨上一個新臺階。專家們說，差壓式流量計新的輝煌時期即將到來。
它的特點是優選噴嘴為節流件（也可選用孔板），毋需實流標定，耐腐蝕、壓損小、方便用戶更換，便于批量生產，降低節流件造價；它將節流裝置與智能差壓變送器做成一體，可消除現場安裝偏心或不垂直等可能帶來的附加誤差，不僅保證了安裝準確性和測量度，而且縮短了引壓管線，減少了故障率，改善了動態特性。它配置了寬量程差壓變送器和顯示裝置，可方便地對在線節流裝置擴展量程，使流量計的范圍度達6：1—10：1。它對流量系數、流束膨脹系數都采取實時計算，對密度進行查表，因而不確定度可忽略不計，保證測量度能大幅度提高。
根據近期資料介紹，一體化節流式差壓流量計在新建工廠中已有較多應用，預計會有廣闊的市場前景。
4. 內藏式雙文丘里管流量測量裝置
低流速、大管徑氣體流量測量中長期存在著計量不準或無法測量的問題。江蘇華清儀表公司采用航空氣動理論和飛機發動機內流流體力學等方面的研究成果，應用大型計算機技術和風洞實驗，創新開發并生產了新型內藏式雙文丘里管，它是一種整體式管道流量測量裝置。國外未有相關報道，已申請。
內藏式雙文丘里管風量測量裝置主要由外部誘導整流裝置和核心一次傳感元件組成。外部誘導整流裝置是核心一次傳感元件大差壓形成的必要條件，它決定了系統差壓的量級和差壓值。氣流在雙文丘里管內的流動狀態至關重要，喉管設計為平直結構有利于內部氣流的穩定。雙文丘里管負壓測點是從內文丘里管喉部引出，在喉部同一截面上采用多點取壓方式，壓差信號引出后由管道直接送入差壓變送器。
系統可靠性高，壓差值大，穩定性好，在大的負荷范圍內具有平滑的壓差性能，幾乎不需維護保養。適用范圍寬，度高（一般為1—1.5級），范圍度寬。測量流體的流速為3—130m/s。測量裝置與智能流量積算儀配套使用，并提供計算軟件，已在鋼鐵廠、熱電廠、洛陽石化等10多個單位應用，滿意地解決了低壓流速，大流量、大管徑工作狀態下的流量測量問題。
5. 通用智能流量演算器
江蘇自動化儀表研究所創新設計了通用智能流量演算器系列儀表（FC-6000型），它以微處理器為基礎，功能齊全，具有通信能力，與差壓變送器和各種流量變送器（漩渦、渦輪、腰輪等）配合使用，整機測量的度為0.2級。
為提高流量測量的度問題，對流量測量系統中誤差生成與處理進行了理論分析，測量裝置中引入了完善的修正技術，設計成多種軟件。儀表改進的重點是圍繞著差壓孔板測量和漩渦流量測量中有關雷諾數，流束膨脹系數、氣體壓縮系數、液體密度與流體相變（如液體氣化）的影響，以及差壓流量計的靜壓變化時零位的影響、脈動流量的影響等問題，作了深入分析，提出相應的補償對策，以實現高度測量。儀表能夠對一般氣體、蒸汽、液體進行準確的聯機運算，還可具有貿易結算所需的功能。
上海煉油廠對原有流量計標定裝置引入*的傳感技術和智能流量演算器HQ-6000及PC機，并改進系統設計，實現了流量計自動標定、系統具有故障診斷功能，花錢不多而符合國家鑒定標準要求，可為許多人工標定裝置改造提供借鑒。
6. 新型電磁流量計
電磁流量計的發展方向是小型化和智能化。近年來，電磁流量計在勵磁技術、內襯技術、智能化技術等方面都 有新的進展，例如在勵磁技術上發展的雙頻矩形波技術，實現了零點穩定性、響應速度、抗干擾良好的統一，使得流量信號幅度為傳統電磁流量計的10倍，并且有高信噪比，可擴寬用于液固兩相的紙漿、礦漿等的測量。在絕緣襯里材料方面，目前已有采用工業陶瓷襯里材料方面，目前已有采用工業陶瓷襯里，它耐腐蝕、耐磨損、高溫高壓下不變形，電極與襯里間相燒結以解決管壁滲漏問題；還有無電極電磁流量計是由陶瓷襯里感應在管壁上形成電極，經特種信號處理而獲取流量信號，可以測電導率極低的（0.05us/cm）污水流量。在智能化技術方面，借助微處理和軟件編程技術，可實現拓寬量程、補償測量誤差、零點校正、勵磁自診斷、正反流向判斷、空管與不滿管的自診斷等。這些技術都極大地增強了電磁流量計的技術性能和測量功能，而且可靠性和穩定性的改善尤為突出。
7. 新型超聲流量計
超聲流量計已有25年的歷史，可作為對非導電性液體準確的，無機械阻礙的流量測量儀表。其技術發展方向是傳感器與管道壁的一體化設計，全焊接結構，無壓力損失。由于超聲傳感技術和信號處理電路的技術進步，它的測量度有顯著提高。據報道，多聲道的超聲流量計的度已達到±0.15％測量值，重復性達0.02％。超聲流量計現已有多種測量技術和產品，如多普勒超聲流量計，時差式超聲流量計，不滿管超聲流量計，插入式超聲流量計，明渠式流量計等。
自20世紀90年代以來，氣體超聲流量計在天然氣工業中的成功應用有了突破性進展，一些天然氣流量計量的疑難問題可望得到解決。據稱由于度高和維修費用低，多聲道氣體超聲流量計已被氣體工業界接受為zui重要的流量計量器具，至今已有12個國家政府機構批準它為法定計量器具。在國外天然氣工業的貿易輸送、氣體分配、調合、控制和檢漏等方面都開始采用氣體超聲流量計。從近幾年的發展看，氣體超聲流量計理論上也具有無需進行流量標定、與介質無關等優點，它現正逐步走向實用化、國外一些儀表公司都已進行批量生產，包括在主管道的大口徑流量計和家用煤氣表的應用上已積累有相當多的應用經驗，其價格也將逐步降低以占有市場。
超聲流量計的出現，已解決了國內煉油廠一些難以解決的特殊介質的流量測量問題，如高溫、高度的渣油和臘油及帶有微粒的循環水、工業污水等流量的測量。當前超聲流量計有著良好的推廣應用前景。
8. 新型微波物位計
近年來，高性能、低價格的微波物位計已大量進入過程檢測儀表市場，化工、石化、醫藥、食品等工業普遍存在高溫、高壓、腐蝕、揮發、冷凝等復雜工況條件，必須采用非接觸式測量方法才能達到長期可靠運行的效果。因此，微波物位計在各種連續式物位計中市場增長率zui高。
微波是一種電磁波，其傳播速度不受介質特性影響。目前微波物位計有脈沖雷達和調頻連續波雷達兩種，近年推出的普及型微波物位計大多采用脈沖方式，度已達±（0.2~0.3）％FS，價格較低，能滿足一般測量要求。調頻連續波雷達物位計將距離轉換為頻率進行測量，能得到較高的度。
粉料，干料料位界面測量，漿料，帶泡沫液位的連續測量等，歷來是物位測量的難點，現在可采用相位跟蹤法通過測量發射微波與從物料表面反射的回波之間的相位角來測量物位。這種方法能取得良好效果。
9. 高爐爐頂微波料面檢測裝置
上海寶鋼股份有限公司創新開發的高爐爐頂微波料面檢測系統是集微波技術、電磁散射理論、數字信號處理、計算機應用以及流體力學于一身的*設備。它采用毫米波爐外掃描方式（FMCW調頻連續波體制），能夠測量高爐爐頂全料面形狀，定位度高，檢測速度快。
檢測系統的技術參數是：單點檢測速度低于0.01s，料面形狀檢測像素大于400點，400點的檢測速度低于10s，測量誤差小于±5cm，自校準誤差小于±3cm。它除檢測料位形狀外，同時還具有單點測量、徑向測量、數據存儲處理等各種應用功能，此外，還充分考慮了系統的安全性，并與高爐的連續生產進行了有效的聯鎖控制。它與國外產品的zui大不同點是真正做到了三維全料面測量，而不是半圓徑的測量，應該說，這套裝置處于技術水平。
10. 儲罐計量高度液位計
位儀表當前發展的重要領域是罐區管理及計量自動化，用于對大型儲罐內儲液存量進行精密測量，以獲得儲庫庫存量，被要求具有高的測量度和測量重復性。
目前在大量程液位計中可達到1mm度的有雷達液位計，伺服型浮子液位計和磁致伸縮式液位計。相比之下，把磁致伸縮式液位計裝在儲罐頂上，同時在罐底安裝高度壓力變送器，再配上一套包括數據采集器的現場監測計算機管理和遠程計算機管理系統，就可組成十分完善的混合式儲罐計算系統，它在油庫的實際運行中獲得滿意的效果。
磁致伸縮式液位計是用磁致伸縮線性位移傳感器來測量的高度大量程的新型液位計，能同時測量液位和界面。zui大量程達18m，測量度達±0.5mm或±0.05％FS。重復性達±0.002％FS。傳感元件是非接觸式的，由一根測桿和套在桿上的可滑動浮子組成，兩個不同密度的浮子浮在液面和油水界面，測桿由保護外管，波導管及銅導線3層組成。它無磨損，可靠耐用，能耐高溫，高壓，不受介質密度和壓力變化的影響，解決了原來液位測量中的許多難題。
11. 智能閥門定位器
智能閥門定位器是新一代智能化的氣動執行機構*的配套產品。它內裝高集成度的微控制器，采用電平衡（數字平衡）原理代替傳統的力平衡原理，將電控命令轉換成氣動定位增量來實現閥位控制；利用數字式開、停、關的信號來驅動氣動執行機構的動作；閥位反饋信號直接通過高度的位置傳感器，實現電/氣轉換功能。智能閥門定位器具有提高輸出力，動作速度和調節度（zui小行程分辯力可達±0.05％），克服閥桿摩擦力，實現正確定位等特點。
智能閥門定位器具備許多符合現代過程控制技術要求的功能，例如對所有控制參數都可組態的功能（如死區、正反作用、報警上下限、行程零點、行程范圍、執行機構的類型選擇等），能實現分程控制、上行、下行速度調節功能，線性、等百分比、快開等特性修正功能、自校正、自診斷功能，故障報警及故障處理功能，多種通信支持功能等。由于智能閥門定位器的功能完善，對降低投資、節約能源、提高過程控制水平能帶來極大益處，它與智能變送器一起，將會*改變現場儀表的狀況，促使過程控制早日進入現場總線控制系統（FCS）的新時代。
12. 新一代多功能超輕型調節閥
江蘇特種調節閥研究所在全面剖析調節閥的結構特點和缺陷的基礎上，將蝶閥閥體的超薄特點，球閥的節流與密封好的特點，偏心閥的轉動摩擦小和閥芯、閥座摩損小的特點等綜合起來，結合國情、創新開發設計出一種多功能超輕型調節閥。它集調節閥芯旋轉、偏心、V型及閥體輕型化等于一體。多功能超輕型調節閥實現了在重量上有所突破，比當前精小型調節閥還輕40~50％，高度下降50％。它還實現了功能上的突破，具備調節、切斷、大壓差、防堵、耐蝕等功能，成為單座閥、雙座閥、套筒閥、傳統球閥、蝶閥、隔膜閥的更新換代產品，使調節閥的品種規格簡化60~70％，簡化了選型。同時它在應用上也有所突破，給調節閥維修管理和備品備件帶來很大方便和可觀的經濟效益。在性能上，它調節性能好，可調范圍達到100：1以上，它的流路簡單，介質直流，防堵性能好，耐腐蝕、抗沖擊、耐壓、耐溫等性能都好。這種新型調節閥于1998年研制成功后，在鋼鐵廠、造紙廠、化肥廠等多家用戶使用中 都取得滿意結果，并帶來很好的經濟和社會效益，現已轉為正式生產，累計生產4000臺以上。
13. 新一代智能電動執行機構
它是江蘇華清儀表股份有限公司在引進*的基礎上，跟蹤*技術改型創新設計的新產品。它采用了雙CPU、電子限力矩保護、電子行程限位、數字式位置發送器、相位自動鑒別、紅外線遙控調試，以及故障診斷、自動切換處理多種保護措施等關鍵技術，提高了產品的穩定性、可靠性和度等級，方便了用戶使用，產品功能齊全，技術具有創新。它已通過防爆及射頻干擾、靜電放電、快速脈沖群等試驗，基本誤差小于±1.5％，回差為1％，外殼保護等級為IP65，使用環境溫度為-25℃~+70℃，這些指標均已達到*水平。
智能電動執行機構是一類新型終端控制儀表，它根據控制電信號，直接操作改變調節閥閥桿的位移。由于人們對控制系統的度和動態特性提出了越來越高的要求，電動執行機構能夠獲得zui快響應時間，實現控制也更為合理、方便、經濟，因而正受到用戶的歡迎。它還可免去選用氣動執行機構必需配置良好氣源設備和氣路管線安裝的麻煩。
14. 新一代智能記錄調節儀
智能記錄調節儀突破了傳統顯示儀表的概念，集數顯、記錄、控制于一身，以大規模點陣液晶為顯示界面，充分應用了微機技術和新型器件、開關電源和表面貼裝技術及相關工藝，使儀表具有功能強、性能可靠、體積小等特點。儀表配有3路輸入，兩路PID控制，兩筆記錄等功能，兩種模擬輸出、4路開關輸出，輸入輸出全部隔離，可實現單參數控制、多參數復雜控制和程序控制，以及多路報警、無紙記錄功能，具有實時和歷史追憶、記錄曲線顯示、報警記錄顯示、數據斷電保存、在線面板組態、無需編程語言、在線設置參數和狀態、手動和自動無擾動切換等功能。它有高的性能價格比，可滿足過程測量和控制的基本要求。
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