论新技术自动化仪表新技术运用书写

【摘要】近年来，微电子技术、计算机技术、网络通信技术和信息处理技术等日新月异发展的新技术对自动化仪表的革新产生了深远的影响，已成为工业自动化仪器仪表发展的新的推动力。本文主要对自动化仪表中的新技术——网络化的实现进行了简单的探究。
【关键词】自动化仪表新技术网络化
工业自动化仪表是用以实现信息的获取、传输、变换、存储、处理与分析，并根据处理结果对生产过程进行控制的重要技术工具，包括检测仪表、分析仪表、执行与控制仪表、记录仪等几大类，是工业控制领域的基础和核心之一。

一、自动化仪表的概念

仪器仪表是认识世界的工具。从人类社会发展历史来看，提高生产力是决定性因素，而科学技术又是发展生产力的首要因素。生产力的实现要靠生产资料和工具，而科学研究的工具主要是仪器仪表。由此可认为仪器仪表是认识世界工具。
现在，世界正从工业化、机械化时代迈入信息化时代。信息化时代的特征是以计算机为核心延伸人的大脑功能，扩展人的脑力劳动，使人类逐步走出机械化过程，进入以物质手段扩展人的感官神经系统及脑力智力的时代。此时，仪器仪表的作用是获取信息，作为行动的依据。
人们把获得的信息通过仪器仪表或计算机进行转换或分析计算，使它成为易于阅读和识别表达的量化形式，或者进一步信号化、图像化，通过显示系统，便于观察、存储或进入智能化控制系统。
仪器仪表作为一种信息工具，起着不可或缺的信息源的作用。由于信息源必须准确无误或最大限度的少误，所以现代仪器仪表都无不采用多种技术形式综合集成，例如机械、电子、材料等等，复杂点的与计算机密切相联。仪器仪表是国家科技发展水平的标志。特别是在高新技术发展的信息化时代，仪器仪表完全是现代化的综合因素之一。

二、自动化仪表网络化实现方案

1、有线网络实现方案

LAN接口仪表的网络功能都是基于TCP/IP协议的。以太网接口的软件首先要实现TCP/IP协议。在实现TCP/IP协议的基础上还要考虑实现仪表主机板和以太网接口之间的数据交换。最后还要保证数据的实时响应和在仪表异常下的自我恢复功能。
嵌入式设备软件实现TCP/IP协议一般有两种方法：一种方法是嵌入一个带TCP/IP协议族的操作系统到设备中，如Linux,WinCE等。许多高端的网络设备、PDA等都带有操作系统。这样不但很容易地实现TCP/IP协议，并且还支持多任务的实时调度，减少开发的难度。但是操作系统需要的资源比较多，成本较高。对于功能相对简单、资源相对匾乏的嵌入式仪表来说，不需要使用操作系统。
第二种方法是不使用操作系统，通过移植裁剪过的TCP/IP协议族实现部分的TCP/IP协议。这种方法在许多嵌入式设备中得到广泛应用。该方法一般采用大循环的单任务结构，适合嵌入式设备资源有限、功能灵活的特点。

2、无线网络实现方案

目前市场上的无线通信技术主要有无线局域网WiFi、蓝牙和一些专用标准(如Ad-hoc网等)的产品。一些大公司为开拓市场和应用领域，也在积极研究和制定一些新的无线组网通信技术标准，如无线USB、超宽带通信UWB和WiMax等。
WiFi在Intel的大力支持下，借迅驰处理器迅速占领市场。采用IEEE802.l1b标准，使用2.4GHz直接序列扩频，最大数据传输速率为11Mbps，并可根据信号强弱把传输率调整为5.5 Mbps,2Mbps和1Mbps带宽。采用最新的802.11g时，速率可达54Mbps，是目前应用最广的无线网络传输协议。
本文建议采用MSP430F1611构成MCU控制模块，采用CC2420为核心的ZigBee无线收发模块，核心芯片之间采用SPI方式通讯。
MSP430F1611在低功耗节能方面表现突出，ZigBee的特色之一也是低功耗，选用这种芯片，可以保证二者在功耗方面的一致性，有利于系统应用，同时也能保证在恶劣环境下工作的稳定性。
CC2420的选择性和敏感性指数超过了IEEE 802.15.4标准的要求，可确保短距离通信的有效性和可靠性。利用此芯片开发的无线通信设备支持数据传输率高达250Kbps，可以实现多点对多点的快速组网。更重要的是，CC2420只需极少外部元器件，性能稳定且功耗极低。

3、LAN接口网络化

通过网络通信以及信息载体的介入，网络化仪器仪表可以随时随地的获取各种信息。测量测试的结果信息也可以通过电缆、光纤、移动通信、无线通信等媒介传输。网络化仪器仪表是一种涵盖范围更宽、涉及多门学科、应用领域更广的仪器仪表。
网络化仪表是个全新的概念，它适合在远程测控中使用，是嵌入式技术、仪表测控技术、网络通信技术、现代计算机技术和电子技术深度融合的结果。测量控制仪表接入Internet，成为Internet中的独立节点，使之成为执行测量与控制任务站点。这种嵌入式网络化设备可以像普通仪表那样按设定程序对相关物理量进行自动测量、控制、存储、显示测量结果以及控制状态，同时具有重要的网络应用特征。经授权的仪表使用者，通过Internet可以远程对仪表进行操作、获取测量结果，并对仪表实时监控、设置参数和故障诊断和控制，其在Internet上动态发布信息可以为所有授权者共享。

三、自动化仪表新技术的发展趋势

1、智能化

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现代自动化仪表的智能化是指采用大规模集成电路技术、微处理器技术、接口通信技术，利用嵌入式软件协调内部操作，使仪表具有智能化处理的功能，在完成输入信号的非线性处理，温度与压力的补偿，量程刻度标尺的变换，零点的漂移与修正，故障诊断等基础上，还可完成对工业过程的控制，使控制系统的危险进一步分散，并使其功能进一步增强。这类产品以数字输出形式出现，不但大大提升了仪表性能，而且便于信息沟通，还可通过网络组成新型的、开放式的过程控制系统。

二、总线化

过程控制系统自动化中的现场设备通常称为现场仪表。现场仪表主要有变送器，执行器，在线分析仪表及其它检测仪表。现场总线技术的广泛应用，使组建集中和分布式测试系统变得更为容易。然而集中测控越来越不能满足复杂、远程及范围较大的测控任务的需求，必须组建一个可供各现场仪表数据共享的网络，现场总线控制系统（FCS）正是在这种情况下出现的。它是一种用于各种现场智能化仪表与控制之间的一种开放、全数字化、双向、多站的通信系统。目前现场总线已成为全球自动化技术发展的重要表现形式，它为过程测控仪表的发展提供了千载难逢的发展机遇，并为实现进一步的高精度、高稳定、高可靠、高适应、低消耗等方面提供了巨大动力和发展空间。同时，各现场总线控制系统制造厂家为了使自己的现场总线控制系统（FCS）能得到应用，纷纷推出与其控制系统配套的具有现场总线功能的测量仪表和调节阀，形成了较为完整的现场总线控制系统体系。总而言之，总线化现场仪表功能丰富，在FCS中，几乎不存在单一功能的现场仪表。

3、开放性

现在的测控仪器越来越多采用以Windows/CE、Linux、VxWorks等嵌入式操作系统为系统软件核心和高性能微处理器为硬件系统核心的嵌入式系统技术，未来的仪器仪表和计算机的联系也将会日趋紧密，Agilent公司表示仪器仪表设备上应当具备计算机的所有接口，如USB接口、打印机接口、局域网网络接口等，测量的数据也应通过USB接口存储在可移动存储设备中，使用这样的仪器仪表设备和操作一台简易电脑简直是如出一辙。齐备的接口可连接多种现场测控仪表或执行器设备，在过程控制系统主机的支持下，通过网络形成具有特定功能的测控系统，实现了多种智能化现场测控设备的开放式互连系统。
结束语
现代自动化仪表的智能化技术不但改善了仪表本身的性能,还影响到了控制网络的体系结构,它不再是功能单一的固定结构,其适应性越来越强,功能也越来越丰富。相信新一代的智能化仪器仪表将在计算机网络技术支持下,在各行各业得到越来越广泛的应用。
参考文献
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