近年来，网络通信技术、计算机技术和电子技术的飞速发展，对传统自动化仪表技术的发展产生了深刻的影响，并出现了一些自动化仪表新技术。本文旨在介绍自动化仪表新技术在工业领域的应用，以进一步促进自动化新技术的应用。
1 通信及网络技术
通信是自动化仪表发展的重要方向，在仪表实现通信功能后，不仅便于工业生产实现远程管理，还能实现各种自动化仪表的集中管理，大大提高了仪表管理的效率，间接增加了企业的效益。目前常用的通信标准有：RS-232、CAN通信、RS-485、RTU。
1.1 CAN通信
CAN通信是目前世界上发展最快的一种通信方式，由德国的博士公司开发，其高可靠性和高性能已被广泛认同，并应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等领域，是仪表自动化技术的发展热点之一，被称为“自动化领域中的计算机局域网”。CAN总线实现了开放性的总线结构，采用多主竞争模式，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。CAN总线上的任意节点都可以在网络上发布信息，从而有效实现各节点之间的自由通信。由于每个节点都有自己的标识，并通过这些标识的优先级来进行总线的总裁，因此可以有效避免通信冲突的产生。因此，其具有更强的环境适应性和可靠性，非常适合分布式测控系统之间的数据通信。此外，CAN总线插卡可以任意插在PCATXT兼容机上，能够方便地构成监控系统，进一步扩大了其应用范围。
1.2 工业以太网
以往，很多人认为以太网是专门为IT领域而生的，在工业自动化领域中只能进行有限的使用。产生这个想法的主要根源为：以太网采用CSMA/CD的碰撞检测方式，在网络的负荷较大时，网络的时间确定性不能满足工业控制的实时要求。在以太网通信中使用的接插件、集线器、交换机和电缆是为办公环境而设计的，无法适应工业现场复杂的电磁环境。在实际的工业环境中，以太网的抗干扰能力太差，很容易出现数据传输错误，这是工业生产所不能允许的，极有可能造成危险事故的发生。
随着以太网技术的不断发展，上述问题都已经得到了较好的解决。采用的主要技术措施有：采用交换机，接入网络的节点各自独占一条线路，以此避免了冲突。采用高速背板交换或者微处理器交换，响应时间控制在了合理范围之内。在工业级的以太网中，126个节点的100M交换式以太网的响应时间是2～3ms，可以满足各种控制系统的要求。采用屏蔽的双绞线后，其抗干扰能力可以与4～20mA的模拟传输线路相当，如果需要进一步提高传输的抗干扰性，可以采用光纤通信的形式。以太网传输总线与传统的工业传输总线相比，其有以下的优点：它可以满足工业仪表控制中各种传输要求的需要，使企业信息网络和控制网络得以统一。随着以太网技术的普及，以太网设备的市场价格往往较低，大大降低了企业的技术投入成本。
1.3 无线网络技术
目前，在工业自动化领域应用较多的无线网络技术有：4G无线网络、蓝牙技术、无线局域网络。
（1）4G通信网络就是智能手机终端上网的网络，最大的优势是覆盖范围最广、实现最为方便。只要现场有4G信号，就可以进行工业数据传播。但由于其收费较高，大大限制了应用范围，只有在一些特殊的偏远地区的设备通信时才会用到该网络，例如在石油平台的通信中。但由于其独特的特点，4G通信网络未来发展潜力最大。
（2）蓝牙技术主要用于短距离通信，一般传输距离在10m以内，如果增加功率，可以将距离扩展到100m，其数据传输速率可达1兆，其传输功耗也较低。在工业现场的主要应用为对自动化仪表数据的采集，只要在规定的距离，就可以对其数据进行采集，避免了近距离采集造成的危险。
（3）无线局域网络，即WiFi网络。该技术的发展最快，目前很多先进的自动化仪表设备都支持这种数据传输技术，其传输速度可以达到11Mpbs，其实现成本也较低。
以上介绍的技术都已实现模块化，固化在各种芯片当中。在使用过程中，只需购买相应的芯片就可以实现仪表设备的功能扩展。目前，随着单片机技术的不断发展，其在仪表领域的应用范围不断扩大，有很多单片机已经实现了以上所说的技术集成，便于综合使用。
2 智能化实现技术
自动化仪表的智能化分为两个层次：一是现场设备具有数字化的接口，大大提高了仪表的控制质量，提高了设备的抗干扰能力和安全性。此外，随着微处理技术的不断进步，微处理芯片的处理能力越来越强，自动化仪表的发展进入了第二个层次，即智能性，可以周围环境的感知更加丰富，并根据内部智能化的程序运行，具有智能决策的功能，这大大扩展了这些设备的功能。
传统的自动化仪表主处理器主要采用CISC结构，主要代表为8051内核结构。随着自动化仪表的发展，对其运算能力和功耗提出了更高的要求，使得仪表的主处理器朝着32位的方向发展。目前已经出现了主流的32位RISC处理器，其具有32位的运算能力和寻址空间，是高性能自动化仪表的第一选择。新的自动化仪表不仅对处理器的运算能力提出了很高的要求，也对其多任务性提出了很高的要求，系统的程序也越来越复杂。实时系统的出现很好地解决了这个问题，能有效缩短开发的周期，并降低程序开发的难度。RTOS操作系统就是其中典型的代表，它实行任务抢占机制，是多任务的实时操作系统，非常适合工业现场的要求，还可以扩展图形、网络协议等功能。
3 新型元器件
随着电子半导体技术、光电技术、存储技术的不断发展，目前各种新型的电气元气件不断问世，其用在自动化仪表设备中，大大提高了仪表的性能，拓展了功能，有效减小了体积，价格也更加便宜。下文重点介绍几种主要的新型元器件。
3.1 模数转换器
传统的自动化仪表多采用模拟设备，传递的信号是模拟信号，抗干扰能力较弱，需借助处理器进行进一步处理。如果使用数模转换器，则可以在模拟信号的采集端直接将这些信号转化成数字信号，不仅提高了信号的抗干扰能力，在一体化的传感器中还直接实现了模数的转换，将其变成了常规的数据传输格式，大大提高了系统功能的可扩展性。
3.2 数字信号变换器
其主要实现电压变换和隔离，在很多自动化仪表中都具有数字信号变换器。它具有以下优点：功率较小；由于采用变压器隔离，系统的抗干扰能力更强；效率可以达到85%；温度的适应范围更广，满足户外作业的要求；外形体积较为小巧，适合狭窄空间的作业；可靠性更高，无故障使用时间更长。
3.3 Flash存储器
这是一种发展迅速的储存器，具有可读可写的特点，可以重复写10万次，数据的保持时间也可大于10年，价格也较为便宜。其最大的特点是容量特别大，功率消耗也较低。Flash存储器在自动化仪表中的使用，多是作为微处理器的程序存储器，能够大大增加微处理器的程序量，但由于其数据读取速度较快，并不影响微处理的程序执行速度。
3.4 数字电位器
数字电位器又称为非易失性数控电位器。在传统的自动化仪表中，调零操作都是通过操作滑动变阻器来进行的，可靠性较低，在多次的调零操作后有可能被损坏，且由于其是机械结构，在工作过程中容易受到工业现场震动的影响，需要定期对仪表进行校正。采用数字电位器后，电位的调整可以通过数字通信的形式进行，由于避免了机械的结构，稳定性较好，不易受到周围环境的影响。此外，由于其电位的调整采用数字化的方式，因此可以采用自动校准的模式，根据实际使用情况进行自动化的校准。
4 高性能微处理器的应用
随着数字技术的不断发展，处理器体积的不断减小，甚至出现了程序嵌入式的单片机系统。它具有强大的运算能力，有的单片机已经可以实现32位的数字运算和32位的寻址空间，可以和早期的电脑处理器相媲美，且其功能十分强大，不仅具有标准的I/O端口，并融合各种通信协议可以进行高速的信息传输，有的单片机还具有AD转化功能。例如意法半导体退出的stm系列的单片机，就是其中非常典型的32位单片机，它具有低功耗、低成本、高性能的特点，这一些高档的自动化仪表中经常采用。有些自动化仪表设备中，已经用先进的单片机系统替换了传统的数字逻辑电路，不仅缩小了控制电路的体积，还显著增强了系统的功能，通过其强大的数字运算能力，可以有效提高系统的自动化水平，让系统实现复杂的自动控制功能。由于单片机具有通信功能，也就无须再为系统布置信息传输系统，还可以利用单片机强大的功能直接扩展系统的功能，使系统获得一些新的功能。目前单片机技术正处在迅猛的发展期，相信未来会在仪表自动化中发挥更大的作用。
5 显示信息丰富的液晶显示技术
在传统的仪表设备中，大多使用机械仪表盘显示信息，不仅可靠性低容易损坏，而且显示的信息内容不够丰富。使用液晶显示后，可以大大丰富仪表的显示信息。这种技术的实现一方面得益于液晶技术的进步，让液晶显示屏幕的分辨率更高、色彩更为丰富，液晶显示系统的操作更为方面；另一方面要归功于功能强大的单片机系统的支持。通过液晶屏幕可以显示出各种信息，不仅可以显示出当前的数字信息和最近一段时间的仪表记录曲线，还可以通过液晶显示对仪表做进一步的设置和校对，大大方便了仪表操作。
6 手持仪表检测设备
手持仪表检测设备是综合运行现代自动仪表技术最多的设备，它们使用嵌入式单片机系统进行管理，具有超大屏幕的液晶显示屏，且由于内部集成了各类传感器，因此具有多功能的仪表检测。与传统的仪表设备相比，手持仪表检测设备具有功能强大、设置方便、仪表信息丰富等特点，在现场检测中的应用越来越多。
7 结语
随着各种新技术的发展和应用，目前传统的自动化仪表正朝着网络化、智能化、数字化的方向发展。这让新型的自动化仪表功能更强，功能更多，信息化程度更高，可以更加高速、可靠地传输数据，其运算能力也得到了大程度的提升。这为综合性、智能性仪表的产生奠定了良好的基础，智能技术的应用使这些仪表变得更加“聪明”，其会在不断的工作中不断提高自己的决策能力，让这些仪表越用越好用。
参考文献
[1]田娜．工业自动化仪表与自动化控制技术探讨[J].橡塑技术与装备，2016，42（4）.
[2]于浩．工业化中的温度检测仪表自动化控制的探讨[J].电子技术与软件工程，2016，（9）.
[3]曹庆年，王薛飞，刘晋熙，等．自动化仪表新技术的应用探讨[J]．电子技术与软件工程，2015，（17）.
（作者系四川宜宾五粮液集团公司工程师）
