国外仪器仪表的发展趋势.pdf

2 0 0 3年 8月 第 3期 吉林 师 范大 学学报 自然科学版 J o u rna l o f J i l i n No r ma l Un i v e r s i t y Na t u r a l S c i e n c e E d i t i o n N o． 3 Au g． 国外 仪 器 仪 表 的 发展 趋 势 王海平 ， 王 岩 ， 王 健2 1 ． 四平鼓风机 成套装 备开发公 司， 吉林 四平 1 3 6 0 0 1 ； 2 ． 吉林 师范大学 ， 吉林 ／ -y -1 3 6 0 0 0 摘 要 本文简要叙述国外仪器仪表的发展和特点． 同时对控制系统的发展趋势进行了讨论． 关键词 中央处理器； 组态软件； 可编程控制器； 现场总线标准； D C S F C S 中图分类号 T H 7 0 文献标识 码 A 文章编号 1 0 0 0 1 8 4 0 一 2 0 0 3 0 3 0 1 2 3 0 2 近 年来虽然我 国在仪 器仪表 的应用水平上 不 断提高 ， 在工程建 设 中仪 表 的投 资与 工程设 备 的 总投资 比不 断 增 加 ， 从 过 去 的 6 ％ ～8 ％提 高 到 1 2 ％～2 0 ％ ， 但随着社会经 济 的发展 ， 在 当今 国际 市场上 ， 仪器 仪表行 业 实力 雄厚 的大型公 司 主要 集中在美 国、 日本 、 德 国等 工业 发达 国家 ． 本文 借 对 国外仪 器仪表 的发 展过 程讨 论 之余 ， 督 促我 国 仪器 仪表行业加大技术研 究和开发力度 ． 1 国外 仪 器 仪表 的发概 况 5 0 年代初期 ， 数字技术 的出现使数字仪器得 以问世 ， 并把模拟仪器 的精 度 、 分 辨力与采样速度 提高 了几个 量级 ， 为实现测 试 自动化 打下 了基础 ． 6 0年代 中期 ， 计算机 的引入 使仪 器的功 能发 生了质 的变化 ， 从 个别 电量 的测 量 转变成 测量 整 个系统 的参数 ， 从单纯 显示 、 控 制转 变为 控制 、 分 析 、 处理 、 计算与显 示输 出 ， 从 “ 一对 一 ” 的测量 转 变成 用测量 系统进行测 量 ． 7 0年代 ， 计算 机技术进一 步渗 透应用 在仪 表 中， 使电子仪器在传统的时域与频域之外又出现 了数据 域 Da t e d o ma i n 测试 ． 8 0年代 ， 由于 微处 理 器被 应 用到 仪器 中 ， 将 原模拟 仪器 中的旋转度盘 ， 滑动开关 ， 开关键用键 盘取代 ， 测量 系统 的主要模 式是采用机柜形式 ， 全 部通过 I E E E一4 8 8总线送 到一个控 制器 上 ， 测 试 时用丰富 的 B a s i c语言程序来 高速测 试 ． 9 0年代 ， 微 电子技 术革 新 的进 步 、 DS P芯 片 的问世 、 图像处理 功 能 的增 加和 总线技术 的广泛 应用 ， 使仪器仪表与测量技术取得 了重大进展 ， 主 要是仪器仪表智 能化 程度的提高． 2国外仪 器 仪 表发 展 特点 2 ． 1新技术 的应 用 仪表普遍采用 E D A 电子设计 自动化 、 C A M 计算机辅助设计 、 C A T 计算 机辅助测试 、 DS P 数字信号 处 理 、 AS I C 专用 集成 电路 及 仃 表面贴装技术 等 ． 2 ． 2产品结构变化 注重性能价 格 比 ， 在重 视高 档仪器 开发 的 同 时注重高新技术 和 量大 面广产 品的开发 和生产 ． 注重系统集成 ， 不仅着眼于单机 ， 更注重系统和产 品软化 ． 随着 各 类仪 器 装上 中央处 理器 C P U， 实 现数字化 后 ， 软件上 投入 了巨大 的人力 、 财力 ， 使 今后的仪器归纳成一个简单的公式 仪器 AD C P UI 软件 AD， A 片将模拟 信号变成数 字信号 ， 再经软件 处理后 经 DA芯片转变成模拟量输 出． 2 ． 3产品的开发准则发 生了质变 从技术驱动 转 为市场 驱动 ， 从一 味追求 高精 转为“ 恰 到好处 ” ． 开发成 功产 品 的准则是用 户在 明确 的要求 ， 能用最短 的开发时间投放市场 ， 功能 和性能要恰 到好 处 ． 产 品开发 准则 的另一变 化是 收缩方向 ， 集 中优 势 ． 2 ． 4 生产技术 注重 专业生产 自动化生产 线是 一个 集生产 、 测 试 、 统计 、 分 收 稿 日期 2 0 0 20 61 2 第 一作者 简介 王海平 1 9 7 2一 ， 男 ， 吉林 公主 岭人 ，长春大 学 自动化专 业毕业 ， 研究方 向 自动化 及仪 器仪 表应用 ． _ _ 1 23 -- 维普资讯 析 、 打印 、 包装为一 体 的系统 ． 3国外仪器仪表发展趋势 3 ． 1自动化仪表 的发 展趋势 工业过程控制 领域 中常用 的现场仪表 主要包 括 1 变送器 压力／ 差压 、 温度、 流量 、 物位等 ． 2 执行 器 电动 执 行 器机 构 、 阀 门定 位 器 、 电动／ 气动调节阀门等 ． 仪表为溶入 自动化控制系统 中 必须从仪表的智能化 、 数字化、 模块化 、 低功耗 、 多 变量 、 多参数等方面改进 ， 而替代“ 一对一” 的单向 的通 信方式 ， 总线 化 的智 能仪 表不仅应 具有 起 始 值 、 量程 、 阻尼特性 的调整 、 非线性的校正 、 多变量 的补偿、 工程单位的换算等功能， 而且还有故障自 诊 断 、 P I D调节 和运算 、 自动报警 以及部 系统双 向 通 信的功能 ． 3 ． 2 控制 系统 的发展趋势 从基地调节 器 到计算 机控 制 系统 DI C ， 直 到今 天 的分散控 制 系统 DC S。 DC S以其 高度 的可 靠性 、 强大 而易于 扩充 的功 能 、 漂亮 的图形界 面 、 方便 的组态软件 、 丰富 的控制算法 、 开放 的联 网能 力等优点得 以迅 速发展 ， 成为工控 的主流 ． 可编程 控制器 P L C 以其 结 构 紧凑 、 功 能 简单 、 速 度快 、 可靠性高 、 价格低等优点迅 速获得广泛应用 ， 已经 成为与 DC S并存 的主 流工 控 系 统 ． 目前 DC S与 P L C相互渗透 、 融合 、 竞 争 ， 已经 成 为 目前 工业 控 制系统 的发展趋势 ． DC S作 为计算 机控 制 系统 有 主流 ， 几 乎每个 发达 国家都 有 自己 的 DC S， 主要 集 中在 美 国、 日 本 、 德 国等多 家公司 ， 如霍 尼韦 尔 Ho n e y we l 1 、 西 屋 We s t i n g Ho u s e 、 A B B、 日本 的横 河 、 德 国 的西 门子 S ie me n s 等． 世界上约有 2 0 0多家 P L C生 产商 ， 占控 制 市 场 份额 的 3 5 ％ ， 主要 厂家 美 国的 A B B 、 莫迪康 、 G E公 司、 德 国的西 门子、 法 国的 T E、 日本的欧姆龙、 三菱公司等． P L C将过程控制 系统及 自动化装置最大市场份额的产品． 现场总线 的标 准是美 国 I NTEL公 司于 1 9 8 4 年推 出的 B i t b u s标 准 ， 到 目前各 种 现 场总 线 4 0 多种， 它们 的主要差异在通信协议上， 严格地讲 ， 现场总经不 是产品 ， 而是一 门高新技术 ， 现场总线 控制技术 主要解 决 两类系 统 的 自动化 问题 一 类 是离散 系统 的 自动化 ； 另 一类 是过 程 系统 的 自动 化 ， 而过程系统 自动化中的现场设备通常称为“ 现 场仪表” ， 近年来虽然 出现 了一些模数混合式仪 表 ， 但是基本 上仍处于模拟仪表 的水平 ， 主要因为 在现场 总线 F C S 以的各种 系统 中， 乃至 D C S系 统申 ， 现场一级仍旧保留着 4 2 0 mA模拟信号和 “ 一 对一” 的单向信号传输方式， 因此传统的模拟 式现场 仪表 即使 是在 D C S时 代仍 占据 着一席 之 地 ． 随着现场总线 控制 系统 的发 展 ， 它也必将最终 成为主导 系统 ． 综上所述 ， 随着 自动化仪 表 和现场 总线 技 术 的改进 ， 必 将使 过程 自动化 仪表在 玻璃 、 陶瓷 、 钢 铁 、 有 色金 属 、 轧钢 、 铝板 材 、 化工 、 食品 、 制药 、 石 化 、 造纸、 矿山、 天然气等各行业中成为现代化工 业的核心主 导技 术 ． 参考文献 [ 1 ] 晓文 ． 仪器 仪表 [ N] ． 中 国机 电 日报 ， 2 0 0 00 6 ． [ 2 ] 王锦 标 ． 现 场总线 和 现场 总线控 制系 统 [ J ] ． 化工 自动化 及仪表 ， 1 9 9 7 ， 2 4 2 [ 3 ] C F F C用户 委员会 技 术交 流会 资料 [ M] ． 北 京 ， 1 9 9 9． 4 ． The De v e l o pm e nt a nd Tr e nd of Ext e r na l I ns t r um e nt WANG Hai pi n g ， WANG Y an ， WANGJ i a ， 2 1 ． S i p i n g B l o we r C o mp le t e s e t s o f E q u i p me n t De v e lo p me n t Co mp a n y ， S ip i n 8 1 3 6 0 0 0， C h in a ； 2． C o l l ie o f I n f o r ma t i o n a n d Te c h n o lo g y ， J i l i n No r ma l Un iv e r s i t y ， S i p i n 8 1 3 6 0 0 0， C h i n a Ab s t r a c t ． Th e p a p e r d e s c ri b e s t h e d e v e l o p me n t a n d c h a r a c t e r i s i c o f t h e t h e e x t e r n a l i n s t u me n t ．At o n t i me ， t h e d e v e l o p me n t t e n d e n c y o f c o n t r o l s y s t e m i s d i s c u s s e d ． Ke y wo r d s CPU ； c o n f i g u r a t i o n s o f t wa r e ； PL C； i n t e rn a t i o n a l s t a n d a r d f o r f i e l d b u s ； DC FCS -- 1 2 4- -- 维普资讯