1、智能化现场仪表,范 铠上海工业自动化仪表研究所,一、什么是智能化现场仪表二、早期带微处理器的仪表三、智能化现场仪表四、智能化现场仪表的应用五、小结,一、什么是智能化现场仪表二、早期带微处理器的仪表三、智能化现场仪表四、智能化现场仪表的应用五、小结,现场仪表,在线测量的检测仪表一般为变送器变送器输出为标准信号的传感器常用标准信号4mA20mA，1V5V（电流制优于电压制）半标准化的：RS-232、RS-485等现场总线：HART、FF、Profibus PA,具有与外部系统和操作人员双向通信手段，用于发送测量、状态信息，接收和处理外部命令的变送器。 双向通信 除测控信息外还要发送状态信息 能够接
2、受外部命令的控制 与人工智能无关,IEC 60770-3标准中智能变送器的定义,智能化现场仪表模型,智能化现场仪表模型,四个外部域过程域、外部控制系统域、人机界面域、公共域（环境域、时间域） 六个内部子系统传感器系统、数据处理系统、电输出系统、通信系统、人机界面系统、电源系统 四个循环时间数据处理系统与另外四个实体功能系统间交换信息的时间,现场检测的特点,影响测量结果的因素十分复杂，仪表因素未必是最主要因素今天影响测量的因素，明天就是可利用的特点涡流涡街流量计光路吸收特种温度计仪表需要承受恶劣环境在恶劣环境下不损害的防护措施对环境影响的补偿措施,检测的分类,为了突出重点，降低测量成本需要对检测
3、进行分类检测的分类计量检测要求以准确为主控制检测要求以重复、稳定和单调为主报警检测要求以可靠为主必须进行计量检测的情况涉及贸易结算、安全、人畜健康、环境保护,一、什么是智能化现场仪表二、早期带微处理器的仪表三、智能化现场仪表四、智能化现场仪表的应用五、小结,带微机的仪表,利用微处理器实现了一系列智能功能线性化校正、环境温度补偿、自动量程转换、自动校零、自动校验、自诊断、计量单位转换、数字滤波、平均值、最大、最小值等统计量、各种算法块等传递过程信息以模拟420mA信号为主参数的设置以就地设置为主数据通信采用点对点方式，部分仪表的通信是单向的，仅传送过程信息,软件的特点,人机交互功能较差主要显示数
4、码，显示的表达能力有限以单功能键为主，键比较多也有一些采用菜单方式进行人机对话，可以只使用很少的键各项智能功能执行的顺序和时间关系是在程序设计阶段决定的，使用时我们可以选择用或不用某项智能功能，但不能改变它与其它智能功能之间的关系,两种运行状态,工作状态：仪表执行正常的“检测”或“执行”任务，其中包括许多智能功能，例如：线性化校正、环境温度补偿、自动量程转换、自动校零、数字滤波等设置状态：仪表执行对各种智能功能的组态和自诊断、自动校验和标定等智能功能。设置状态的任务是离线执行的工作状态与设置状态之间靠RAM和/或EEPROM保存的标志位和参数交换信息,一、什么是智能化现场仪表二、早期带微处理器
5、的仪表三、智能化现场仪表四、智能化现场仪表的应用五、小结,智能化现成仪表的基本职能,提供尽可能多的信息过程对象的测量信息多参数测量和处理信息仪表自身的信息传输质量的信息将信息无障碍地传输网络的互连系统的可互操作,多参数测量和处理信息,压力仪表与节流装置差压、静压、温度 质量流量、热量、液位、容积科氏力质量流量计质量流量、温度密度温差计温度、温差热量涡街流量计涡街频率、涡街发生体升力直接质量流量,仪表自身和传输的信息,由于需要对环境影响进行补偿，需要采集仪表所处环境信息仪表的自诊断信息对智能仪表的六个子系统分别诊断判断传出的数据是否有效针对故障给出：问题描述、预测信息、维修建议判断传输是否出错即
6、时做出处理或给出警告,故障诊断例,Maintenance Alarm可能在24h内发生故障Maintenance Demanded可能在17天内发生故障Maintenance Required7天以后发生故障的可能大于7天以内Local Override Mode就地操作/手动模式Simulation Mode仿真模式，数据为人工给定Out Of Service Mode损坏模式Config Error组态错误，过程变量（PV）值差Config Warning组态警告，PV值精度差Config Changed组态值发生变化Process AlarmPV值报警Process WarningPV值
7、警告Process TolerancePV值接近警告限,故障诊断例,网络的互连,开放互连网络协议线形网络协议：FF、ProfiBus、HART等网状网络协议：Ethernet、LonWorks不同种类的网络有不同的适用范围根据信息量分类（bit、byte、infomation）根据访问方式分类（主/从、令牌、对等）信息格式只占通信协议的一小部分，协议的复杂性表现在复杂环境下保证通信的可靠,网络的互连,网络速度与响应时间,三种速度概念网络传输速度，衡量单位是（bps）网络响应时间，衡量单位是（s）网络巡回时间，衡量单位是（s）传输速度快只是响应时间、巡回时间短的必要条件实时性与时间确定性实时性指
8、网络的平均响应时间时间确定性指网络的极端响应时间,超越通信的网络管理,通信成为影响仪表和系统性能的重要因素通信栈起到了网络操作系统的作用智能仪表的性能与使用相关减少信息传输量（通过调整功能块的选择）减少信息的跨网段传输（通过网络设计）控制网络负载量,系统的可互操作性,网络“行规”解决互操作问题网络“协议”与“行规”可以交叉使用eDDL技术、功能块技术是实现可互操作的工具eDDL是一种清晰而明确的结构化文本描述方式，用以精确地描述现场设备向主机系统提供的数据,eDDL描述的内容,属性信息：如编码，名称，工程单位，写保护及显示方式等菜单信息：菜单结构中参数的排列方式，菜单与子菜单的名称参数信息：参
9、数间的相互关系帮助信息：帮助文本及帮助步骤交互信息：必要的交互性操作(如校准)信息，这类操作也被称为方法可视化信息：可视化显示工具的信息，如图表(chart)和曲线图(graph),FF和HSE的功能块,一、什么是智能化现场仪表二、早期带微处理器的仪表三、智能化现场仪表四、智能化现场仪表的应用五、小结,智能化现场仪表的应用,二层应用水平让智能化现场仪表正常工作，不因网络而损失仪表的性能，达到传统仪表的水平充分使用智能仪表所含信息，提高系统的整合应用水平HART仪表已经具备整合应用的能力整合应用需要管理软件的支持,整合应用（HART）,连续实时诊断设备问题、设备的预测性维护连续验证控制信息的完整
10、性检查回路电流、PV值、量程在仪表与系统间的匹配自动探测设备或系统数据的背离打开多变量信息使用次级过程变量做运行显示、趋势或控制更多信息改善工厂的运行和资产管理,部分时间通信,HART 通信与工厂系统的整合,设备设定试车维修,100%,相对价值 节省 / 收益,0%,100%,100%,在线诊断连续信号确认， 控制回路完整性保证多变量设备信息资产管理, CMMS, ERP 系统整合,整合应用（HART）,智能化的优势,仪表制造过程简化调校过程、补偿传感器缺陷、提高仪表性能、降低制造成本、形成多参数融合仪表安装调试过程简化安装调试过程、降低安装调试成本仪表运行过程具有提高提高测量质量的潜力阻碍国
11、内HART产品整合应用的主要障碍缺乏成熟的多路HART信号接入设备、OPC服务器和使用HART信息的管理软件,应用模式,标准化与智能化现场仪表,通信协议（IEC 61158）行规（IEC 62390、IEC 61784）设备描述（IEC 61804-2、61987）功能块（IEC 61804、61499）时间同步（IEC 61588）评价方法（IEC 60770-3）,一、什么是智能化现场仪表二、早期带微处理器的仪表三、智能化现场仪表四、智能化现场仪表的应用五、小结,总线技术与产品技术进步的关系,无论是内部总线还是外部总线，产品技术进步推动总线的发展总线技术集中代表了产品的层次水平，因此抓住总
12、线就在总体上跟上了产品水平现场总线技术的混乱局面，反映众多总线在技术层次上混叠,智能化现场仪表发展趋势,智能化现场仪表的硬件越来越紧凑，而软件在逻辑上越来越分散智能化现场仪表越来越开放，不仅通信等外部特性开放，仪表内部的也开始开放标准化越来越深入，涉及仪表从内到外直至评定、应用等各个方面,目前存在的问题,仪表的评估变得非常复杂仪表的使用变得非常复杂对安全要求很高的场合，其风险的评估还不足以令人信服,谢 谢,学习动物精神,11、机智应变的猴子：工作的流程有时往往是一成不变的，新人的优势在于不了解既有的做法，而能创造出新的创意与点子。一味 地接受工作的交付， 只能学到工作方法 的皮毛，能思考应 变的人，才会学到 方法的精髓。,学习动物精神,12、善解人意的海豚：常常问自己：我是主管该怎么办才能有助于更好的处理事情的方法。在工作上善解人意， 会减轻主管、共 事者的负担，也 让你更具人缘。,谢谢大家！,
