1 我國(guó)智能儀表的工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用現(xiàn)狀
隨著大規(guī)模工業(yè)化裝置對(duì)安全運(yùn)行及自動(dòng)化控制水平要求的不斷提高，尤其是上世紀(jì)90年代后期DCS系統(tǒng)的應(yīng)用普及、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的快速發(fā)展、各種標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議的進(jìn)一步開(kāi)放和完善，促使智能儀表在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域得到了更為廣泛和大規(guī)模的應(yīng)用。
首先，工業(yè)用戶對(duì)于能源及物耗成本的計(jì)量要求、控制精度的要求、減輕現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量（工藝操作和儀表維護(hù)）的要求無(wú)一例外的將擴(kuò)大智能儀表的應(yīng)用市場(chǎng)。
此外，儀表行業(yè)的自身發(fā)展已經(jīng)趨于智能化。這一點(diǎn)無(wú)論是中國(guó)還是，儀表產(chǎn)品的高科技化、高智能化已經(jīng)成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。
相比之下，國(guó)產(chǎn)智能化儀表無(wú)論是設(shè)計(jì)還是制造都明顯弱于*水平，國(guó)內(nèi)工業(yè)自動(dòng)化用戶在智能儀表的使用經(jīng)驗(yàn)方面也相對(duì)積累較晚、較少，智能儀表與現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用組合也還不多，這些現(xiàn)狀表明我國(guó)智能儀表的應(yīng)用還只是處于一個(gè)初級(jí)階段，而由此也帶來(lái)了相對(duì)較多的應(yīng)用問(wèn)題。
2 智能儀表應(yīng)用存在的問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施
對(duì)智能儀表應(yīng)用存在的問(wèn)題進(jìn)行歸納統(tǒng)計(jì)，按其成因大致可分為環(huán)境因素、人為因素和自身因素三大類。在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，由于環(huán)境及人為因素所造成的問(wèn)題占應(yīng)用故障的絕大比重。
2.2.1 環(huán)境因素及應(yīng)對(duì)措施
環(huán)境因素主要表現(xiàn)為來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種干擾。具體來(lái)說(shuō)，這些干擾源可劃分為：空間的電磁輻射、布線的干擾和控制系統(tǒng)內(nèi)部的干擾。上述干擾又通過(guò)以下途徑進(jìn)入系統(tǒng)：電源、輸入端子、輸出端子和空間輻射。
智能儀表工作環(huán)境復(fù)雜、惡劣，應(yīng)用空間存在各種干擾，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)當(dāng)綜合考慮各種可能因素，確定干擾性質(zhì)，采取相應(yīng)的抗干擾措施，合理有效地抑制干擾，使其高可靠地穩(wěn)定運(yùn)行。具體從智能儀表的硬件和軟件設(shè)計(jì)兩大方面進(jìn)行應(yīng)對(duì)措施的考慮：
1）智能儀表硬件措施
（1）半導(dǎo)體器件的選擇
根據(jù)電器元件參數(shù)選擇合理器件以滿足系統(tǒng)性能要求；減少焊點(diǎn)數(shù)量以降低接觸不良故障；選用高集成度的電路，少用分立元器件；選擇溫漂小穩(wěn)定性好的元器件；選用抗干擾性能好的元器件抑制干擾。
（2）電源設(shè)計(jì)
電源設(shè)計(jì)考慮交流電源濾波器及穩(wěn)壓器對(duì)電源變壓器進(jìn)行屏蔽和隔離，利用壓敏電阻吸收浪涌電壓。在供電質(zhì)量要求較高的情況下，可采用瞬變電壓抑制器TVS等方法。
（3）外部噪聲源抑制
對(duì)于靜電感應(yīng)噪聲，可在信號(hào)線或箱體上包附一層金屬導(dǎo)體屏蔽層并做好接地；對(duì)于電磁感應(yīng)噪聲，配線時(shí)應(yīng)盡量使信號(hào)線遠(yuǎn)離強(qiáng)電線，以減少互感。信號(hào)電纜還可用金屬導(dǎo)線屏蔽或采用雙絞線。
（4）多路模擬開(kāi)關(guān)的選擇
多個(gè)輸入信號(hào)經(jīng)多路轉(zhuǎn)換器接至放大器或A/D轉(zhuǎn)換器的方法通常采用抗干擾較強(qiáng)的差動(dòng)接法，在多路轉(zhuǎn)換器輸出端與放大器之間接一個(gè)采樣保持器電路，或用軟件延時(shí)的辦法進(jìn)行延時(shí)采樣。
（5）放大器的選擇
在微弱信號(hào)系統(tǒng)中選擇測(cè)量放大器用作前置放大器，它具有高輸入阻抗、低輸出阻抗、抗共模*力強(qiáng)、低溫漂、低失調(diào)電壓和高穩(wěn)定增益等特點(diǎn)；為防止共模干擾傳入系統(tǒng)可采用隔離放大器；在使用電阻傳感器時(shí)，可選用具有放大、濾波、激勵(lì)功能的2B30/2B31模塊；為提高測(cè)量范圍和測(cè)量精度，可選擇程控放大器。
（6）采樣保持器的選擇
采樣保持器電路具有采樣和保持兩種狀態(tài)，其作用是保持A/D轉(zhuǎn)換期間輸入信號(hào)不變。采樣保持器中的采樣電容對(duì)電路精度有著直接影響，采用感應(yīng)吸收小、漏電小的聚苯乙烯電容或聚四氟乙烯電容。
（7）A/D轉(zhuǎn)換器的選擇
逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器速度較高，但抗*力差；雙積分A/D轉(zhuǎn)換器抗*力強(qiáng)，具有較高的轉(zhuǎn)換精度，但轉(zhuǎn)換速度較低；V/F式A/D轉(zhuǎn)換器也具有較好的抗干擾性能，很好的線性度和高分辨率，但轉(zhuǎn)換速度也較低；余數(shù)反饋比較式A/D轉(zhuǎn)換器具有量化噪聲小、分辨率高的特點(diǎn)；而Σ-△式的A/D轉(zhuǎn)換器由于兼?zhèn)溆鄶?shù)反饋比較式和積分式的特征，具有轉(zhuǎn)換速度高、抗*力強(qiáng)、量化噪聲小、分辨率高和線性度好等優(yōu)點(diǎn)，適于優(yōu)先選作智能儀表系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器。
（8）主機(jī)單元的配置
主機(jī)單元/微處理器是智能儀表的核心，其性能的好壞直接影響到智能儀表的工作質(zhì)量。當(dāng)數(shù)字電路受到高速跳變電流作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生阻抗噪聲，需設(shè)置適宜的去耦電容；在數(shù)字電路的接口部分加入RC濾波環(huán)節(jié)以抑制輸入端的噪聲；存儲(chǔ)器布線考慮抗干擾設(shè)計(jì)；在總線上適當(dāng)安裝上拉電阻以提高總線信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴?/span>
（9）鍵盤、顯示器單元的配置
優(yōu)先選用柔性鍵盤，其大的特點(diǎn)是防塵、防潮、耐蝕、外在美觀、裝嵌方便；智能儀表優(yōu)先選用LED顯示器，但由于其動(dòng)態(tài)電流大，在供電設(shè)計(jì)上應(yīng)采取足夠的去耦措施，即在LED驅(qū)動(dòng)器電源輸入端并接大電容濾波器以防誤動(dòng)作。
2）智能儀表軟件措施
（1）數(shù)字濾波技術(shù)
通常采用的方法有：算術(shù)平均法、中值法、抑制脈沖算術(shù)平均法、一階慣性濾波法、程序判斷濾波法和遞推平均濾波法等。
（2）添加數(shù)據(jù)冗余位
為增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕舍槍?duì)重要的數(shù)據(jù)添加冗余位，增強(qiáng)檢測(cè)和糾錯(cuò)能力。
（3）軟件陷阱
即是采用引導(dǎo)指令強(qiáng)行將捕獲到的亂飛程序引向復(fù)位入口地址，在此處將程序轉(zhuǎn)向?qū)ｉT對(duì)程序出錯(cuò)進(jìn)行處理的程序，使程序納入正軌。
（4）重要指令冗余
對(duì)程序流向起決定作用的指令和某些對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)起重要作用的指令的后面，可重復(fù)寫上這些指令，以確保這些指令的正確執(zhí)行。
（5）初始化
泛指在各段程序中，對(duì)單片機(jī)片內(nèi)外擴(kuò)展器件的各種功能、端口或者方式、狀態(tài)等采取的*的或臨時(shí)的設(shè)置。這樣不僅保證上電或復(fù)位后軟件能夠正確地實(shí)現(xiàn)各種級(jí)別的初始化，而在程序中每次使用某種功能前，都要再一次對(duì)響應(yīng)的控制寄存器設(shè)定動(dòng)作模式，以此來(lái)提高系統(tǒng)對(duì)入侵干擾的自恢復(fù)性能。
（6）NOP的使用
在擔(dān)負(fù)重要作用的指令前插入兩條NOP指令，可保證亂飛程序迅速納入軌道，確保這些指令的正確執(zhí)行。
（7）“看門狗”技術(shù)
采用“看門狗”技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控程序循環(huán)運(yùn)行周期，若發(fā)現(xiàn)時(shí)間明顯超過(guò)預(yù)設(shè)的循環(huán)時(shí)間，則可認(rèn)定系統(tǒng)陷入了“死循環(huán)”狀態(tài)，此時(shí)強(qiáng)制程序返回0000H入口，在該處設(shè)置一段異常錯(cuò)誤處理程序，終使系統(tǒng)重新納入正軌。
（8）數(shù)據(jù)保護(hù)與恢復(fù)技術(shù)
單片機(jī)在重新啟動(dòng)后，應(yīng)當(dāng)首先執(zhí)行數(shù)據(jù)恢復(fù)程序，將控制端口等重要寄存器受保護(hù)的信息恢復(fù)還原。
2.2.2 人為因素及應(yīng)對(duì)措施
人為因素主要表現(xiàn)為選型、安裝及使用維護(hù)不當(dāng)所帶來(lái)的問(wèn)題。所以，只要對(duì)癥下藥，做好選型、安裝及使用維護(hù)三個(gè)方面的工作，就可以從人為角度保障智能儀表的長(zhǎng)周期可靠運(yùn)行。
（1）選型應(yīng)對(duì)措施
工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用實(shí)踐表明，智能儀表的故障率極低，較多故障來(lái)源于儀表的選型偏差，這就需要慎重考慮測(cè)量介質(zhì)的具體情況。以智能變送器為例，選型時(shí)的考慮重點(diǎn)是測(cè)量范圍是否合理、接液部分材質(zhì)是否滿足工藝介質(zhì)的腐蝕性要求、法蘭規(guī)格型號(hào)是否與工藝連接法蘭一致。
（2）安裝應(yīng)對(duì)措施
舉例來(lái)說(shuō)，實(shí)際應(yīng)用中我們可能會(huì)遇到需要伴熱、但裝置現(xiàn)場(chǎng)附近又不具備保溫蒸汽氣源的取壓點(diǎn)，若采用電伴熱，運(yùn)行成本又過(guò)高也不利安全。此時(shí)可以考慮就地安裝變送器，然后再結(jié)合簡(jiǎn)單的保溫處理。能夠采取這種方案的理由如下：一是智能變送器防護(hù)等級(jí)已達(dá)到IP67允許露天安裝，二是變送器型號(hào)齊全，可以選擇體積小、重量輕的外螺紋接口的智能壓力變送器。
（3）使用維護(hù)應(yīng)對(duì)措施
目前智能變送器的精度大多都可達(dá)到±0.075%甚至±0.05%，量程比可達(dá)到40:1或100:1，但是變送器實(shí)際量程比過(guò)小，比如小于測(cè)量范圍的1/10，則實(shí)際測(cè)量精度將會(huì)大打折扣，從使用經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，建議使用設(shè)置時(shí)，儀表實(shí)際量程應(yīng)大于測(cè)量范圍的1/5。
智能變送器要求使用與之配套的安全柵，當(dāng)使用未取得與其配套許可的安全善后，就可能出現(xiàn)諸多問(wèn)題，如安全柵壓降過(guò)大，整個(gè)回路電壓可能不足以支撐變送器正常工作；安全柵沒(méi)有本安接地，造成大的共模干擾信號(hào)，導(dǎo)致智能變送器工作異常等。
2.2.3 自身因素及應(yīng)對(duì)措施
自身因素即是指智能儀表本身的質(zhì)量問(wèn)題。這種問(wèn)題極其少見(jiàn)，只要選型得當(dāng)，正確審查、評(píng)定與優(yōu)選供應(yīng)商，這類問(wèn)題基本上是容易避免的。
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