【摘要】在工業生產中，儀表技術是一個非常重要的特殊控制系統，對工業生產有著重要的意義。目前，自動化控制領域最熱門的話題之一在于現場總線，其被廣泛應用到各個工業生產中，效果十分顯著。本文將對電氣儀表技術的重要作用進行簡述，并結合實例，對基于現場總線的儀表技術在工業生產中的應用進行分析。
【關鍵詞】儀表技術；現場總線；工業應用
1.儀表技術的重要作用
隨著社會科技的發展，儀表廣泛應用到工業生產中，對傳統產業相關工藝流程的控制與測量進行改進，是組成現代化工業裝備的重要部分，是信息化作用于工業化的重要橋梁。隨著工業生產水平的提高，儀表在工業設備中給投資比例也越來越高，特別是在現代化的化工投資中，購置儀器儀表以及自控系統成了其經費支出的重要部分。
基于現場總線技術的儀表技術是一種新型總線系統，自二十世紀八十年代以來發展十分迅速，這種技術是一種集自動控制技術、計算機技術、智能儀表、數字通信技術、網絡技術等于一身的綜合性技術系統，改變了傳統數據、信號模擬的局限性，形成一種智能的、互聯、全數字化、全分散、多節點、多變量的控制與通信系統。而智能儀表是組成現場總線的重要基礎，現場總線是建立在智能儀表的基礎上，與雙向傳輸、自動化系統以及智能現場設備等相互連接。通過數字現場總線，將工業現場的各個分散儀表連接以來，組成一個完整的儀表系統，同時與控制室中相關的監視器以及控制器共同組成現場總線控制系統。根據相關的國際標準，為了增強系統的互操性以及互換性，可以將出自不同廠商的總線產品同時集中到同一個FCS中。FCS將DCS控制功能發放到現場儀表，通過現場控制儀表進行數據的采集和處理以及輸出和控制運算和等功能。通過現場總線，現場儀表將數據傳輸到控制設備上，通過控制室的控制程序對現場的各個儀表的運行情況進行全過程監視，同時保存儀表上傳的相關數據在控制設備中，還能完成現場儀表不能完成的高難度控制。此外，FCS還能通過網關與企業的上層管理的網絡連接，便于管理者及時掌握資料，決策更加科學合理。
2.案例
某地區化工廠在工業生產中，逐步引用到基于現場總線的儀表技術，改變了傳統的生產模式，通過不斷改進和優化控制系統，不僅節約了大量的人力物力，減少工作人員的勞動量，同時也提高了生產效率，取得較好的經濟效益，為企業的發展提供豐富的物質保障，提高企業市場競爭力。圖為此化工廠控制系統的優化組成結構圖。
工廠控制系統的組成結構
3.控制系統結構分析
\\(1\\)第一級主要由兩部分組成，一部分是智能自動化設備，如工業中的治氮系統以及DI水系統等只能占。此部分的連接方式通過PROFLBUS-DP，每個智能從站由很多模塊組成，可以在每個從站中配置一組人機界面。此人機界面是一個相對獨立的界面，不與現場總線網絡相連。另一部分是通過PROFLBUS-DP組成的人機界面以及現場I/O站。在不同位置安裝相關閥門，如在產品庫區、車間廠房、變配電房等地方安裝的閥門各有不同。發出信號后，變送器便將信號及時傳輸至現場I/O站。收到信號后，現場I/O站將信號通過總線輸送到CPU進行系統處理，當CPU發出指令以后，又通過總線將信號返回I/O站，接收到CPU指令后，I/O站便將控制信號及時下達給各個地方的閥門與儀表設備。人機界面與I/O采用的都是德國西門子公司開發的一系列程序，現場總線網絡的構成主要通過接口模塊將所有處理站與子站之間連接起來。從理論上講，一個DP網絡可具有一個主站和多個從站結構，在不采用中繼器的狀態下，網絡傳輸距離最遠可超過一千米，其傳輸的速率也保持在每秒9.7KB與13MB之間。在具體設計時，為了使控制系統進行數據傳輸得到可靠性保證，設計者應考慮現場電氣的各方面干擾源以及距離值，除了采用專用的通訊電纜外，還可以將中繼器運用到系統總線中。
\\(2\\)第二級是控制程序的過程處理站。此過程處理站由兩部分構成，分別是兩個CNBR與CPU，是組成控制系統的核心部分。通過現場總線的數據采集，分析采集到的各種數據，依據程序空盒子配方與流程，對各個設備進行相應的控制。同時，過程處理站還能將有關數據信息傳輸至工業的以太網交換機，與操作管理站的計算機系統相連接，此過程的完成必須經過通訊處理器。
\\(3\\)第三級主要為監控操作管理站。此管理站的中央控制室布置有計算機系統，計算機主要負責監控和控制整個化工廠車間的各個設備，當系統中某個設備出現問題時，計算機就能及時發現設備故障，將信號發送至儀表中，儀表發出信號，提示管理人員進行設備維修與檢測。此外，計算機還能有效記錄和分析數據曲線報表等功能。工程師站主要負責設置和修改工藝流程中各個程序以及相關參數，同時與各操作站在接入CPU系統時，仍通過工業的以太網交換機進行。
4.監控管理系統
4.1軟件組成
監控管理系統的軟件主要功能是負責對過程處理站輸出的各種數據以及過程狀態進行實時接收，進而生成過程數據庫以及實時數據庫，為操作人員提供便捷的操作畫面以及顯示畫面。工作人員通過此畫面，有效控制、檢測以及操作整個工廠系統設備的各種運行形態以及工藝數據。另外，還可以通過此操作畫面，進行系統功能組態、參數整定、更改工藝參數等工作。
4.2主要功能
第一，監控功能。實時顯示出廠區的各個系統設備相關的運行狀態，形象富有動態感，掌握信息及時，同時還能顯示出各個工藝的生產流程圖以及參數實時數據值。
第二，自動控制功能。按照企業生產計劃，系統自動設定真空度、溫度等工藝過程控制參數，保證生產運行的安全穩定性。
第三，系統安全。根據企業生產需要，為了防止失誤操作，在系統操作中設置訪問權限，有效避免非相關人士進行惡化操作。同時，系統還具有聲光報警功能，當設備運行出現事故或故障時，監控管理系統能及時提供報警信息以及相關的報警畫面，便于工作人員及時處理。
4.3自動控制過程
此系統采用模糊控制器對壓力、溫度以及流量等工藝過程采用參數自動調整技術進行實時控制，同時根據用戶所設定的壓力變送器、溫度變送器等設備，實時分析和比較設備的檢測數據參數，對相關的閥門、電機等能自動啟停，并進行系統自動化調整，將工藝生產的壓力、溫度等控制在標準范圍內。
5.結語
儀表技術高精度、高質量控制、經濟性等特點，在工業生產中取得了十分顯著的成績，特別是基于現場總線的儀表技術，對系統的靈活性、可靠性以及擴展性等進一步提高，不僅影響著企業的工業化水平、社會效益、經濟效益以及健康發展，同時也對國民經濟造成影響，因此，其具有十分可觀的發展前景。[科]
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