关注自动化仪器仪表智能化技术的状况与进展

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1、关注自动化仪器仪表智能化技术的状况与进展作者：上海大学自动化系     郎文鹏   赵维琴关键词：智能化  过程控制   网络控制1 引言    众所周知，自动化仪器仪表是科学进步的前提和生产活动的依据。当人类活动的领域越过感觉器官极限的时候，仪器仪表就成了科学进步和一切事业取得成功的前提。许多科学的进展首先取决于仪器仪表的进展。仪器仪表技术是通过测量获得数据信息的信息技术，自动化仪器仪表工业是信息工业的源头，它的根本属性就是信息性。在生产过程中，自动化仪器仪表对“物质流”信息进行检测、传输、显示、控制与执行，进而

2、实现管理和决策。它主要包括各种电量与非电量的传感器、变送器及自动检测仪表、自动显示仪表、自动调节仪表、系统控制装置、执行器等，是国民经济各部门的重要技术装备之一。    在自动化控制系统中，仪器仪表作为其构成元素，它的技术进展是跟随控制系统技术的发展的。常规的自动化仪器仪表适应常规控制系统的要求，它们以经典控制理论和现代控制理论为基础，以控制对象的数学模型为依据。当今，控制理论已发展到智能控制的新阶段，自动化仪器仪表的智能化就成为必然和必须。本文将就自动化仪器仪表的智能化的状况与进展，以及当今对智能仪器仪表研究、开

3、发热点做概要的分析与表述。作者建议人们关注自动化仪器仪表智能化技术的进展，关注仪器仪表装置与控制系统技术的互动发展，这对推进我国自动化技术水平的进一步提高将是大为有益的。2 仪器仪表“智能”的概念需要恰当的表达与合理的运用    什么是智能化的仪器仪表？至今虽然没有一个明确的统一的定义，但作者感到在仪器仪表的刊物、广告、产品说明书等中不恰当的使用“智能化”的情况较多，把一些还不具有智能功能的仪表也称为智能仪表的现象时有出现。到底应该如何理解和表达仪器仪表的“智能化”，什么样的仪器仪表才能称作智能化的仪器仪表，作者希

4、望理论界和实业界达到一个共同认识，能对实际的仪器仪表有一个合理的、恰当的表达。虽然，什么是“智能”？目前没有统一的定义，但一般认为“智能”是指“一种根据外界变化的条件，确定正确行为的能力”。因此，智能化的仪器仪表应能随着外界条件的变化做出正确的反应，模仿和扩充人的智能行为。从信息技术发展的几个层次看，“数字化”是最低层次，“智能化”是最高层次。它具有总结经验、理解、推理、判断和分析的能力。“智能化”的标志是知识的表达与应用。因此，在仪器仪表中，“智能”的含义可有两个层面:即采用人工智能的理论方法和技术;具有拟人智能

5、的特性和功能。    经常出现的情况是，把带有微处理器的仪器仪表称作智能仪表，其实，应该有所区分:如果该仪器仪表采用了人工智能的理论方法和技术或该仪器仪表具有拟人智能的特性和功能，该仪器仪表就可称为智能仪表。也就是说，带有微处理器的仪器仪表不一定是智能仪表，而相反智能仪表必然带有微处理器。没有微处理器的仪表很难实现智能仪器仪表应具有的特性和功能。3 自动化仪器仪表技术的进展历程简要回顾(1)模拟仪表时代    从20世纪60年代开始，为满足工业发展的需要，将测量记录和控制功能组合在一起，这类仪表称为“基地式”仪表。

6、通常是以在带有调节单元的显示记录仪“基地”上，配上测量元件及执行器构成简单控制系统。随着生产规模的扩大，产生了以功能划分的“单元组合式”仪表。根据不同的控制要求，选择相应仪表单元组合起来构成各种不同复杂程度的控制系统。无论是“基地式”仪表还是“单元组合式”仪表，它们的共同特点都是模拟式的，采用的是模拟技术，而控制系统以经典控制理论为基础。    (2)数字化仪表时代20世纪80年代，随着计算机技术的发展及其在仪器仪表中的应用，以微处理器为核心器件的微机化仪表应运而生，产生了各种数字式变送器、数字式调节器、数字式显示

7、记录仪、可编程控制器和智能仪表。数字化仪表与模拟式仪表相比，其功能、性能、可靠性、通信功能等均有了质的飞跃。主要的特点是采用数字技术，计算机技术用于仪器仪表和控制领域，计算机控制系统在工业控制中得到应用与推广。(3)仪器仪表新概念—虚拟仪表技术    虚拟仪表技术从根本上开创了仪器仪表的新概念，它利用计算机技术实现和扩展仪器的功能。它是计算机硬件资源、仪器仪表测控硬件并用于数据分析、过程通信及图形用户界面的软件之间的有效结合，是一种功能意义上的而非物理意义上的仪器仪表概念，软件是关键。在虚拟仪表中，计算机作为一个控

8、制和数据处理中心，传统仪表的硬件被软件所代替，用户可以仅仅通过修改软件而达到改变仪表功能的目的。可见，仪器仪表本身的硬件和软件的界限已经模糊化了，仪器仪表设计的主要基础是它的软件，而不是传统仪器仪表的硬件。在这种情况下，仪器仪表工作者从观念到知识结构和素质，都要以信息技术和网络思想来指导仪器仪表的设计与应用。(4)仪器仪表真正意义上的智能化—采用人工智能技术