自动化仪表[1]

1.总结自动化仪表的所有相关定义自动化仪表，是由若干自动化元件（部件、或单元、或模块等）构成的，具有仪表功能能自动完成的自动化技术工具。它一般同时具有数种功能，如测量、显示、记录或测量、控制、报警等。自动化仪表本身是一个系统，又是整个自动化系统中的一个子系统。自动化仪表是一种“信息机器”，其主要功能是信息形式的转换，将输入信号转换成输出信号。信号可以按时间域或频率域表达，信号的传输则可调制成连续的模拟量或断续的数字量形式。主要有过程自动化仪表，化工自动化仪表，实验仪器仪表，检测仪表、显示仪表，温度仪表，压力仪表，流量仪表，电工仪表等。2.分析归类自动化仪表的结构自动化仪表主要由对象，检测单元，变送单元，电源，显示、控制单元、执行单元和辅助单元等部分组成1、对象：自动化仪表的检测的对象。2、检测单元：能够感受过程参数的变化，并能将变化情况转变成可传递信号的仪器称为传感器。传感器用于提取受控过程中所需的过程参数的变化信息。传感器常以所提取过程参数对象的名称命名。3、变送单元：将传感器的测量信号转变为可传递的标准信号的仪表，称为变送器。由于传感器送出的信号一般较弱而且信号的种类不一，这种不统一的信号不便于进一步向其他控制仪表传递，因此必须设法将其放大并转换为统一的标准信号，才可方便地与其他控制仪表进行信号传递。4、电源：为自动化仪表工作提供能源。5、显示：用来显示或记录被测量或被控制参数的数值。6、控制单元：将变送单元送来的测量信号与设定的信号相比较，得出偏差信号，根据这个偏差的大小与正负，按一定的控制规律向执行单元发出控制信号，也称控制器。7、执行单元：它根据电动控制器来的控制信号或手控信号，操纵各种管路上的阀门，以达到控制的目的。以上是自动化仪表通常的部分，下面为某些仪表附加的部分：1、计算单元：用来对各单元输出的统一信号进行各种数学运算，如加、减、乘、除、开方等。2、设定单元：用来提供控制单元所需的设定值，如果设定值是随时间有规律地变化，就可以实现时间程序控制。3、转换单元：用来实现气信号和电信号的相互转换，这样就可以把气动表和电动表联系起来使用，以扩大仪表的使用范围。4、辅助单元：在自动控制系统中起着各种辅助作用，完成各种辅助的工作，如发讯、切换、遥控等。3.分析总结自动化仪表的性能指标衡量仪表的主要性能指标是有精确度、灵敏度、响应时间。此外还有重复性、线性度、滞环、死区、漂移等性能技术指标。动态指标：输出随输入变化的能力。静态指标：系统代表稳定工作所呈现的性质：1，精确度---输出与给定目标的吻合程度；2，线性度---输出输入曲线与某曲线的吻合程度；3，差变----正反向曲线的吻合程度；4，重复性---输入与输出曲线N次正反曲线吻合程度；5，灵敏度---输出相对于输入的变化率。一：动态指标：输出跟随输入的能力。二：静态指标：系统仪表稳定工作时所呈现的品质：1.精确度：输出与给定目标的吻合程度。仪表精确度简言之就是仪表测量值接近真值的准确程度，通常用相对百分误差（也称相对折合误差）表示；2.线性度：输出输入曲线与某直线的吻合程度；3.变差（迟滞，滞环）：输出输入曲线与反向曲线的吻合程度；4.重复性：输出输入曲线n次正（反）向曲线的吻合程度；5灵敏度：输出相对于输入的变化率。灵敏度有时也称放大比，也是仪表静特性贴切线上各点的斜率。增加放大倍数可以提高仪表灵敏度，单纯加大灵敏度并不改变仪表的基本性能，即仪表精度并没有提高，相反有时会出现振荡现象，造成输出不稳定。仪表灵敏度应保持适当的量；6.稳定性：在规定工作条件内，仪表某些性能随时间保持不变的能力称为稳定性；7.可靠性：仪表可靠性是化工企业仪表工所追求的另一重要性能指标。可靠性和仪表维护量是相反相成的，仪表可靠性高说明仪表维护量小，反之仪表可靠性差，仪表维护量就大。4.为什么说自动化仪表必须具有高速、高精度、高可靠性和高适应性（回答思路：运行要快、测控要准、工作不停、任何场合）自动化仪表，是由若干自动化元件构成的，具有较完善功能的自动化技术工具。它一般同时具有数种功能，如测量、显示、记录或测量、控制、报警等。自动化仪表本身是一个系统，又是整个自动化系统中的一个子系统。衡量仪器仪表性能的主要技术指标有精确度、灵敏度、响应时间等。当今社会，科学技术的进步不断对仪器仪表提出更高更新的要求。仪器仪表的发展趋势是不断利用新的工作原理和采用新材料及新的元器件，通过微型计算机的使用来提高仪器仪表的性能，担高仪器仪表本身自动化、智能化程度和数据处理能力，满足更高的要求。随着计算机的不断发展并和自动化仪表相结合，使得自动化仪表在生产、测量、运算等方面越来越高速高效。自动化仪表在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作或控制的过程，使得它具有“稳快准”的特点。在一些需要高可靠性的领域，比如切割工件、大批量生产等等，都需要有很高的可靠性和持续性，而自动化仪表仪器以其测量精确，显示清晰，操作简单等特性完美的达到了上述要求。而且，在许多工业生产、自然环境等工作区域，人类是无法进行工作活动的，而采用耐受性很高的自动化仪表不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。所以自动化仪表还具有高适应性。由于工业生产对成品质量的要求日益提高，国家的政策和法令对节能减排也有具体的要求和规定，因此提高测量仪表与控制系统的精度就被提上了议事日程。例如变送器的精度，普遍从百分之零点七五提高到百分之零点零四。用于贸易交换计量的科氏质量流量计，精度已达到百分之零点零五，部分气体超声波流量计的准确度已达到百分之零点五，同时新一代的DCS也以此作为一个重要的指标。当前一些新建的大型项目，在招标时，对有关产品的精度已提出明确的要求。这既是一个门槛，也是一种对制造厂商的资源的要求。所以自动化仪表具有高精度化。为了使自动化仪表能被广泛地应用于各种场合以及各种环境中，自动化仪表应具有高适应性。高速——在某些控制系统中，需要自动化仪表进行实时数据采集，对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。这个时间范围的大小跟被控对象联系非常的紧密！如导弹防御系统，就要求自动化仪表具有高要求的高速性。所以自动化仪表要求高速性。精度——精度是指在特定条件下测量仪表的精确度，由多种因素造成的误差幅度表示。换言之，它表示了由测量仪表得出的测量值与真实值的接近程度，同时也说明误差的极限值与输入信号有关。在仪表测量的情况下，精度常用百分比误差和绝对误差两种形式来表示。随着技术发展，在制造业中，存在着大量精密和微小的零件，以及在某些行业的自动控制系统中，对被控量的控制精确度要求较高（如导弹、航天控制系统）。而精度低所以，意味着测量中的误差较大，对被测量和被控量就难以精确监测和控制。所以自动化仪表要求高精度。可靠性——元件、产品、系统在一定时间内、在一定条件下无故障地执行指定功能的能力或可能性。可通过可靠度、失效率、平均无故障间隔产品可靠性。首先是电子产品的复杂程度在不断增加。人们最早使用的矿石收音机是非常简单的，随之先后出现了各种类型的收音机、录音机、录放相机、通讯机、雷达、制导系统、电子计算机以及宇航控制设备，复杂程度不断地增长。电子设备复杂程度的显著标志是所需元器件数量的多少。而电子设备的可靠性决定于所用元器件的可靠性，因为电子设备中的任何一个元器件、任何一个焊点发生故障都将导致系统发生故障。一般说来，电子设备所用的元器件数量越多，其可靠性问题就越严重，为保证设备或系统能可靠地工作，对元器件可靠性的要求就非常高、非常苛刻。其次，电子设备的使用环境日益严酷，现已从实验室到野外，从热带到寒带，从陆地到深海，从高空到宇宙空间，经受着不同的环境条件，除温度、湿度影响外，海水、盐雾、冲击、振动、宇宙粒子、各种辐射等对电子元器件的影响，导致产品失效的可能性增大。第三，电子设备的装置密度不断增加。从第一代电子管产品进入第二代晶体管，现已从小、中规模集成电路进入到大规模和超大规模集成电路，电子产品正朝小型化、微型化方向发展，其结果导致装置密度的不断增加，从而使内部温升增高，散热条件恶化。而电子元器件将随环境温度的增高，降低其可靠性，因而元器件的可靠性引起人们的极大重视。可靠性已经列为产品的重要质量指标加以考核和检验。长期以来，人们只用产品的技术性能指标作为衡量电子元器件质量好坏的标志，这只反映了产品质量好坏的一个方面，还不能反映产品质量的全貌。因为，如果产品不可靠，即使其技术性能再好也得不到发挥。从某种意义上说，可靠性可以综合反映产品的质量。适应性——适应性是自动化仪表在不同的或恶劣的工作环境下能够可靠工作的性能。在工业、军事等行业中，生产现场的环境较恶劣，战场上的地形气候等环境变化多端，如自动化仪表应用在这些行业中，就必须具备较高的适应性，在任何环境中都可靠地工作。5.为什么说微型化是自动化仪表的发展趋势之一微型智能仪器指微电子技术、微机械技术、信息技术等综合应用于仪器的生产中，从而使仪器成为体积小、功能齐全的智能仪器。它能够完成信号的采集、线性化处理、数字信号处理，控制信号的输出、放大、与其他仪器的接口、与人的交互等功能。微型智能仪器随着微电子机械技术的不断发展，其技术不断成熟，价格不断降低，因此其应用领域也将不断扩大。它不但具有传统仪器的功能，而且能在自动化技术、航天、军事、生物技术、医疗领域起到独特的作用。例如，目前要同时测量一个病人的几个不同的参量，并进行某些参量的控制，通常病人的体内要插进几个管子，这增加了病人感染的机会，微型智能仪器能同时测量多参数，而且体积小，可植入人体，使得这些问题得到解决。从工业，自动化仪表的发展趋势看，智能化是其核心部分，所谓智能化表现在其具有多种新功能。例如过去当流量仪表需要进行温度，压力的补偿时需要分别测量流量，温度和压力的三台变送器，并且需要运算器来计算，而现在一台智能化的流量变送器就可以包揽这一任务；又如一台智能化执行器，由于具有多种的自诊断功能，使维修预报成为可能。如当执行器调节阀的阀杆行程累计超过一定长度时，就会发出信号通知维修人员进行密封填料的更换；又当阀门的动作过于频繁时也可通知工作人员进行干预，以免发生事故；当用于具有腐蚀性介质时，如超过一定流量及工作时间时，也能发出信号，以便及时更换，因为绝不会发生腐蚀的材质是没有的。在工控方面，过去控制的算法，只能由调节器或DCS来完成，如今一台智能化的变送器或者执行器，只要植入PID模块，就可以与有关的现场仪表在一起，在现场实现自主调节；从而实现控制的彻底分散，从而减轻了DCS主机的负担，使调节更加及时，并提高了整个系统的可靠性。6.为什么说通信化是自动化仪表的发展趋势之一一、工业无线通信技术的快速发展是自动化仪表领域显著的亮点，它的特征是：技术方案多样化，参与者迅速增加,成立了专业组织。推出多种无线演示系统、测量仪表样机，将成为全球主要自动化仪表展览的热点。二、未来几年网络控测和网络仪表是自动化仪表发展的重点，发展方向是大幅提高速度、简化安装和调试的复杂性、扩展无线功能以及发展网络技术。三、以自动控制技术、数据通信技术、图象显示技术为一体的综合性系统装置成为国内外工业过程控制的主导产品，现场总线成为自动化控制技术发展的第一热点。四、在现今的工控领域，需要远程控制，以及智能化控制，通信化的发展是必然趋势。7.为什么说节能化（低功耗）是自动化仪表的发展趋势之一近年来，以电池作为电源的电子产品得到广泛使用，设计师迫切要求采用低电压的模拟电路来降低功耗。低电压、低功耗、低噪声的模拟电路设计技术正成为研究的热点。从节约能源角度考虑，低的功率消耗不仅是电池驱动的便携设备的需求，即便对使用市电的大型系统也是迫切需要，它不但可以延长设备的使用时间，也可以延缓设备的老化。这些年来，有关电池的储能密度并没有得到大的进步。而对于便携设备，尤其是手持消费品而言，