智能数字仪表（精选7篇）
智能数字仪表 篇1
0、引言
通常我们希望智能仪表的输出与输入量之间具有线性关系, 但是实际中许多测量仪表, 传感器自身的输入、输出特性总是存在不同程度的非线性。因此寻求合适的测量与计算方法, 是决定智能仪表测量精度高低的关键。同时在智能仪表的模拟量输入部分, 虽然每块信号输入板的电路一样，但由于元件参数误差, 在相同的输入信号经过不同的AD模块板转换出来的码值是不一致的, 因此需要对每台智能仪表的每一路输入、DA输出分别进行标定, 将标定后得到的参数存入表内的非易失性存储器中。仪表按照各自的标定参数进行正确的数据运算, 从而保证测量和变送输出的准确性和精确性。
本文将计算机技术、计量技术和自动控制技术结合到一起，应用到各种不同类型的智能仪表上，能对智能仪表的设定值、测量值、误差值进行自动校准。采用本文的智能自动校准的系统，能克服标定过程中的人为因素影响，统一标准，能最大限度的保证测量精度，可操作性强，方便生产。下面对系统实现自动数值分析分段拟合多项式和自动完成校准的方法进行阐述。
1、最小二乘法曲线拟合数值线性化处理
在对给出的数据 (Xk, Yk) (k=0, 1, 2，…, n) 作拟合曲线时，一般总是希望使各数据与拟合曲线的偏差的平方和最小，这样就能使拟合曲线更接近于真实函数。这个原理就称为最小二乘原理[1]。
根据"最小二乘原理"的算法, 本系统实现了由软件可根据精度要求，自动推导被测参量和输出量的近似分段线性表达式, 来拟和多阶方程。以K型热电偶为例, 数值分析大致过程如下:利用原函数精确计算公式
在一定温度范围内定步长均匀取点, 得到一组数据 (t1, E1) (t2, E2) … (tn, En) , 利用这组数据求出分段线性拟合函数T=K×E+B。其中K, B系数为计算机自动推导得出。例如K型热电偶量程为0～1372℃，按步长0.1℃取点，根据精度1‰要求，设置允许误差0.9℃，自动推导满足要求的分段，同时列出所需系数和误差参数（见表1）。分段拟合公式的系数作为常数存入智能仪表的ROM内, 智能仪表在进行温度测量时, 先根据测量热电偶的电势E数值的大小, 找到合适的拟合段, 从存储器ROM中取出该段拟合公式的系数, 通过计算及相应的数据处理得到实际测量的温度值。实际应用中验证了此数值分析方法的可行性和正确性。
2、自动校准系统的实现
2.1 智能表自动校准原理
智能仪表的共同特点是都带微处理器、存贮器, 从而使其功能多样化。智能仪表的这些功能是通过对智能仪表内部的存储器写入各种指令来实现的, 即通过智能仪表在调校时的"组态" (Configuration) 来完成。
自动校准系统[2]能在校准过程中，充分利用计算机的数据储存、运算及处理的能力，能自动准确的控制信号源输出标准信号给智能仪表的输入端，并且自动完成对测试原始数据的读取、误差判定、计算等工作，自动设定校准参数。
2.2 自动校准系统的硬件设备
计算机：实现通讯管理，系统自动控制等功能。
标准信号源:能够通过串口接受计算机控制，产生有效输出标准信号。该信号源输出信号必须满足国家测量仪表精度要求。本系统中，信号源采用杭州美控自动化技术有限公司多功能过程校验仪（MX825）。通过PC机控制高精度标准信号源输出端，可输出多种信号（各种热电偶、热电阻、标准电压/标准电流信号等）。
智能数字待检仪表:各种型号的智能数字控制仪表，采用先进的微处理器进行智能控制, 适用于温度、湿度、压力、液位、流量、速度等多种物理量检测信号的显示及控制。
自动信号切换板:本系统中，采用自主设计开发的自动信号切换板。标准信号源输出的信号通过转换板直接与要校对的智能数字仪表各对应输入接口，这样自动信号切换板的微控制器接受来自PC机232端口的指令，进行通道切换，使标准信号输出给待检智能数值仪表。采用最新无跳线技术, 具备多种准信号源输出与待校对应智能数字仪表输入端之间的轻松自动切换。
2.3 自动校准系统的软件实现
自动校准系统采用模块化设计，Delphi软件编程[3]。通过对不同模块的调用，可以方便、灵活的实现设计目标。软件中主要包括以下模块:
系统管理模块：该模块主要处理与待检选项有关的"设备连接、信号输出、进程控制、异常终止"等操作。计算机通过该模块管理，调整和控制整个自动标定过程。
通讯处理模块：该模块主要处理计算机与各设备间的数据通讯。通过对不同设备的通讯独立管理，允许通过不同的接口与不同的设备建立数据通讯。
数据处理模块：该模块把所有获得的数据保存在软件的数据结构中, 同时自动完成对测试数据的读取、误差判定、计算等工作。
进度控制及记录模块：按照校准要求，显示校准进度，同时记录相关数据，形成标准文档。
软件流程图及系统主界面：（如图1, 图2)
3 结束语
对于该自动标定系统，它可以实现以下几个目标：
(1）标定准确。对于该仪表标定出来的模拟信号或者是数字信号输入, 仪表显示转换后的输出结果与标准分度表查询结果相比校，完全满足仪表所要求1‰的测量精度。
(2）实现自动校准功能。该校准系统打破了传统的人工手动的进行仪表标定，解决了以往在数字智能仪表在校准过程中自动化程度低、数据处理时间长和易出错等问题, 利用软件编程, 通过自动化测试、数据采集和自动化分析来保障校准进度和数据的可信度。在系统运行过程中，使复杂烦琐的原始数据记录和处理变得非常容易, 解决了人工标定时的繁琐与单调。同时该系统操作简单、功能强大, 完全符合技术要求，大大提高了工作效率。
在生产实践中应用表明, 它具有快速方便、简单易用、精确稳定等特点, 满足了仪表生产的需要。
摘要：针对智能数字仪表测量的准确性和精确性及生产过程中标定的问题, 本文结合计算机技术、计量技术和自动控制技术, 对校准系统实现自动数值分析分段拟合多项式和自动完成校准的方法进行了阐述。
关键词：计算机,智能数字仪表,自动校准, RS232
参考文献
[1].徐士良.数值分析与算法.机械工业出版社.2003.
[2].计算机的测量和自动化应用方案文集.美国国家仪器有限公司, 2003
[3].刘斌, 李文革等.Delphi 7数据库高级教程.北京:清华大学出版社, 2004.3.
浅析模拟仪表和数字仪表的准确度 篇2
随着电子领域的不断革新与发展,电子测量技术也随之掀起了新的浪潮。模拟仪表已经不能完全适应测量需要,数字仪表将会逐步取代模拟仪表而成为测量仪表领域的主流,但由于多种现场状况的约束,模拟仪表仍在一定范围内得以应用,而数字仪表则开辟了测量的另一格局,目前的数字测量技术也在向系统化、全面化发展。
1 模拟仪表的准确度
模拟仪表(analog meter),磁机械式仪表,相对于数字仪表而言称做模拟仪表。是显示、变换、控制等输入输出信号为连续的物理量的仪表,通常又称为常规仪表。仪表有电磁系、磁电系、整流系结构的交直流电流电压表和与其配套的功率、功率因数、频率仪表。
不论仪表制作多么精密,实际测量时,仪表的读数和实际值之间总有差值,我们把这一差值叫做误差。模拟仪表误差的分类:基本误差、附加误差。(1)基本误差:仪表在规定的条件下,由于结构和工艺不完善所造成的误差。如仪表轴承摩擦、活动部件不对称、仪表倾斜等可能造成的误差。(2)附加误差:仪表偏离规定条件所产生的“额外”误差,称作附加误差。如测量时,外界温度、外磁场、频率变动等超过仪表允许范围造成的误差。
误差的表达形式分为绝对误差、相对误差和引用误差三种。
(1)绝对误差:测量值与实际值之间的差值,绝对误差ΔX=(测量值)X-(实际值)X0。其中ΔX的表示方法只能表示测量的接近度,但不能准确地反映测量的准确程度。为了更准确的反应测量的准确程度,我们引入相对误差来与之比较。
(2)相对误差:是绝对误差ΔX与被测量实际值X0之间的比值,通常以百分数γ表示,γ=[(绝对误差)ΔX/(被测量真值)X0]×100%,相对误差是一个比值,没有测量的单位,它能反映出误差的大小和方向,从而来反映测量准确程度。所以,在测量过程中,反应测量结果的误差或评价测量结果准确度时,一般都用相对误差来表示。然而相对误差虽然可以比较准确地反映测量的准确程度,但用来表示模拟仪表的准确度时,不太适合。由于同一仪表的绝对误差在刻度范围内变化较小,这样就使得在仪表标尺的不同部位的相对误差不是一个定值,所以又要引入引用误差。
(3)引用误差:为仪表的最大绝对误差ΔXm与该仪表的测量上限值Xm的比值。最大引用误差年rnm=(ΔXm/Xm)×100%。最大引用误差常常被用来表示电测仪表的准确度等级,他们之间的关系是:rnm=(ΔXm/Xm)×100%燮α%。式中α为仪表准确度等级指数。
各等级准确度的指示仪表在规定条件下使用时所对应的基本误差分别不应超出±0.1%、±0.2%、±0.5%、±1.0%、±1.5%、±2.5%、±5.0%。当用准确度等级为α的指示仪表在规定的正常条件下进行测量时,若测到的结果为X,则测量结果可能出现的最大相对误差为:rnm=(ΔXm/Xm)×100%=[(α%·Xm)/X]×100%。
例:用准确度为0.5级,量程为5A的电流表,在规定条件下测量某一电流,读数为1.0A;测另一电流,读数为5A,此时测量结果的准确度(即测量结果的相对误差)分别为:
r1=r×100%=[(±0.5%×5)/1]×100%=±2.5%
r2=r×100%=[(±0.5%×5)/5]×100%=±0.5%
从上述实例可以看出,仪表的准确度等级对测量结果的准确度影响非常大。准确度等级越高,最大绝对误差就越小,测量结果出现的最大相对误差就越小。这里有一点需要注意,仪表的准确度绝不等于测量结果的准确度,它与被测量的大小有关。只有仪表应用在满刻度时,测量结果的准确度才可以等同为仪表的准确度。因此,坚决不能将电测仪表的准确度与测量结果的准确度相混淆。
为了充分体现出仪表的准确度,应选择合适的量程。
2 数字仪表的准确度
数字仪表(digital instrument),是一种以电子技术为主体,能够使被测连续量转换为数字量,然后进行编码,能够自动地将被测量结果以数字形式直接显示出来的电测仪表。工业测量中被测量变或位移、电流、电压、空气压等模拟量,经模数转换器,把模似量换成数字量(简称模数转换)。数字仪表以数字的形式显示被测量,读数直观。一般包括:用标度盘和指针指示电量,用电磁力为基础的电括测量线路,模数转换和数字显示三部份。
较模拟仪表,数字仪表具有体积小、灵敏度高、输入阻抗大、准确度高、频率范围宽、测量速度快、显示清晰直观、读数准确、操作方便、测量范围宽、功耗小以及测量过程自动化程度高等优点。一般的数字仪表很容易达到±0.05%的准确度,而高准确度的数字仪表可达到10-6~10-9级。这是因为数字仪表的准确度等级仅仅取决于模数转换器的误差。
数字仪表的准确度可以表示为:准确度=±(a%rdg+b%f·s)。其中rdg表示读数值,f·s表示满度值。a%代表转换器的误差,与模拟仪表的附加误差类同;b%是由于数字化处理而带来的误差,对于指定的数字式仪表,b是定值,与模拟仪表的基本误差类同,a值与所选择的测量对象及量程有关。通常要求b燮a/2。
数字仪表引入了分辨率指标,分辨率是指仪表所能显示的最小数字与最大数字的比值,并用百分数表示。比如:数字万用表可显示的最小数字(不包括零)为1,最大数字为1999,故分辨率为1/1999×100%=0.05%,利用数字仪表分辨率高、放大倍数高的特点,可用来测量弱信号的电压。
3 测量结果与电表准确度级别
当我们测量某一个量值时,一般情况下,电表的准确度级别越高,测量结果就越准确,这里的一般是指其它条件相同时,比如,仪表所处磁场强度,环境温度等。若其它条件不同时,这个结论就不一定成立。特别是当仪表量程发生变化时,即选择的量程不合适时,有可能会出现相反的结果。由于模拟仪表和数字仪表测量原理不同,导致两者准确度表达形式也不尽相同,并且两者之间不存在直接的换算关系,但它们的物理本质是一致的,他们都是引用的基本误差和附加误差的概念。不管是模拟仪表还是数字仪表,它们在测量不同对象和选择不同量程时,其准确度是不一样的,特别要注意的是仪表的准确度并非就是测量结果的准确度。
参考文献
[1]周南星著.电工基础[M].中国电力出版社,2006年6月.
[2]费业泰著.误差理论与数据处理[M].机械工业出版社,2006年1月.
智能数字仪表 篇3
随着我国社会经济和科学技术的不断发展,国内的信息技术、计算机技术、通信网络技术以及存贮技术和电子技术等有了较快的发展。尤其是近年来,为了迎合电力及电力能源市场经济化的需求,市场上开始推出了新一代的智能仪表,并将其充分应用在系统监测以及用户管理等诸多方面。因此,智能仪表的应用,也逐渐涉及到电网生产、贸易结算和考核等很多环节,成为智能电网建设中重要的一个基础设备。
2 智能电网的概述
智能电网其本质是一个自愈电网,即以电力系统作为主要对象,并充分结合一些新型的信息技术和信息控制、管理技术,从而确保整个电网能够实现从输配电到用户等全过程的智能交流,最终使整个电力的生产、传输以及使用更加科学化和系统化[1]。智能电网建设中的主要关键技术包括智能电网的分布式能源接入以及电力电子、量测技术、信息管理、通信和调度等。而智能电网中的量测技术,可以说是整个智能电网建设中重要的基础设备和组成部件。其最主要的作用是充分发挥自身的先进技术,获取智能电网使用所需的各种数据信息,具体是实施内容包括电网设备的完整性及其健康状况进行评估,完成表计的读取工作,直接消除电费估计,以便于窃电等情况的发生。同时,先进量测技术的应用,也在很大程度上缓减了电网阻塞的程度,并能够与用户进行良好的沟通和交流。
测量技术是智能电网建设的基础设备,而测量技术本身,又需要地理定位系统、语音数据采集、数据控制和数据采集(SCADA)设备;智能仪表、自动抄表以及配电自动化设备等各种设备的支持。其中,智能电网中的测量技术,很大一部分依赖于智能仪表的应用。在智能电网测量中,智能仪表的使用,不仅能够实现电能质量的有效监测,而且通过智能仪表仪中的网络通信接口,还能够达到信息数据的双向传输和远程传输,并能将其组成一个分布式的测控网络系统。所以在智能电网建设过程中,对智能仪表技术的需求极多,并且实践证明,在智能电网建设中,智能仪表技术的充分应用,能够确保整个电网运行的灵活性、稳定性、经济性以及可持续性。
3 智能仪表及相关技术介绍
智能仪表是智能电网建设过程中的一个主要基础部件和设备。传统仪表往往只需满足自身测量的准确性及可靠性,而与之相比,现代的智能仪表在此基础上则更多地应用于其他方面,如,电网运行的电量计量计费、电量供应的管理和控制以及调度和配电系统自动化等。而智能仪表的在使用的过程中,由于其每个系统应用的对象有所不同,因此当其与不同的系统相连接时,其需求和服务的对象也有所不同。这样就要求智能仪表能够适应不同的系统访问,具备不同的服务能力,尽量能够为用电客户提供一些增值服务。智能仪表的数据不能轻易改动,且对于一些比较重要的数据,通常只有具有一定资质的相关部分才能对其进行修改。而且在其数据的传输过程中,有可能会遇到一些非法用户监听或者黑客攻击而导致系统崩溃的情况,很容易对各方带来极大的经济损失。为了解决这一安全问题,智能电仪表应该设置数据访问的安全机制,即针对不同的用户设置一定的权限,并进行身份验证,然后才能进行数据的交换,图1为智能仪表的硬件结构示意图。
随着科学技术的不断进步和发展,近年来的制表技术也发展较快,智能仪表的出现使得其在电力系统中的各个层面均被应用。主要的原因是智能仪表与传统仪表相比,功能更加强大。但是在电力系统中的系统集成以及互操作方面,智能仪表的应用存在一定的困难,主要是因为其缺乏统一的标准。为解决该问题,IECTCl3WGl4制定了《电能计量一用于抄表、费率和负荷控制的数据交换》(IEC62056)等一系列国际标准[2]。该标准从通信的角度出发,通过采用对象访问、对象建模、对象标识以及服务、通信介质接入和服务等方式,建立了电能仪表的主要接口模型。从外部环境来看,该仪表的接口模型主要反映并代表商业过程中计量仪表的“行为特征”[3]。它不仅能够适用于电能计量,而且作为集水、电、气及热的统一标准规范,该接口模型还支持多种通信介质的接入,具有较好的其系统互操作性和互连性,也是目前最为完善的计量仪表。
4 智能仪表技术在智能电网中的具体应用
4.1 电量计量计费
电力市场运行的基础就是电能。近年来,我国的各个地区的电力系统中,已经相继建立了很多的电量计量计费系统。并将其用于电力系统中的贸易结算考核或者是电力企业和用户间的贸易结算考核。除此之外,这些电量计量计费系统也被用于电力企业自身内部各项技术和经济指标的考核,并且在整个电网经济的运行过程中发挥着极其重要的作用。但是在这些电量计量计费系统的应用中,也存在诸如数据溯源以及数据有效性的问题。导致这一问题出现的主要原因是,我国的许多电能仪表类的计量器具,都在一定程度上受到国家计量法的约束,即电能仪表测出的结果如果是在其有效的量限范围内,均能够用不确定度来进行表示。上述问题主要针对的是自动抄表系统,而智能电网建设中对智能仪表的需求,除一般系统需求外,还需要智能仪表能够提供计量装置相应的运行状态,以便于提给系统计量有效性检测所需的准确数据。
4.2 费率管理与控制
电力系统建设和经营过程中,电费收入是其唯一的资金来源。其与电力供应商及其用户来之间具有将其密切的关系,尤其与两者间的供电合同,更是紧密相关。而伴随着电力市场的经济化和电力体制的不断改革,目前,为了能够争取更多的用电用户,各个国家也纷纷出台了各种各样的电价政策。我国在结合了自身实际情况的基础上,也制定了一套有针对性的电价体系。该电价体系是根据不同的费率类型来制定的(详细内容请参见IEC62051术语)[4]。在该电价体系中,比较常用的费率类型主要为:最大日耗量、季节性费率、分时费率、最大时区耗量、限时费率、区段费率以及特殊费等。并且为了能够最大限度的满足用电用户的增长需求,各个国家所制定的电价体系均不相同。因此,智能电网建设中,智能仪表的另一需求,就是实现多种费率种类的供应,而不是局限于单一分时计费类型。
4.3 电费结算方式
智能电网建设中的电费结算方式通常和整体的电力市场运行方式相关。一般情况下,电费的结算周期,通常依据不同的电力用户而定,比较普遍的结算方法包括按时、或者日、周、月、季度结算等。而电费的结算数据通常是通过计费系统或者计量仪表的数据冻结功能实现的。智能电网电费的结算中,智能仪表的使用通常使其数据的冻结方式超过一种以上。而随着电力市场经济以及制表技术的不断发展,智能仪表的结算方式还将趋于多样化,最终实现实时结算的形式。
4.4 调度及配电系统自动化
智能配电自动化系统包括系统监视与控制、配电系统管理和与用户的交互。采用IP技术,强调系统接口、数据模型与通信服务的标准化与开放性。智能配电自动化控制系统的发展重点是:高级的停运相应系统;高级的电压和无功控制系统;电能质量控制系统;配电快速仿真系统;系统行为和效率高级管理;支持网络灵活重构和微电网自适应的分布式决策及控制系统。
智能电器的大规模应用对电能质量也提出了更好要求,其定制电力技术能够实时、灵活的控制电网电压、电流,满足用户对电力质量的定制需要。智能型配电自动化能做到改善系统监视、无功与电压管理、降低网损、优化人员调度和维修作业等。可以通过实时电价,激励用户参与电力系统的削峰、填谷;可以尽量就地平衡分布式发电电能,有助于可再生能源优化利用和电网节能降损;可以辅助实施电压与无功优化;一个配电系统在紧急状态下可以自行变成安全岛,保障对重要负荷的持续供电。
5 结束语
智能仪表是智能电网建设过程中的一个重要基础部件和设备,其作为智能电网建设中于用户处安装的一项智能终端设备,除了完成基本的计量和测量工作,还需要具备更多的应用技术,如数据采集、双向通信、停电监测、远程维护以及控制用户设备等。随着我国科学技术的日益进步和电力建设的不断发展,智能电网建设中对智能仪表的应用还将进一步加强,因此,智能仪表还需要不断完善其各项基础标准,并在此基础上充分应用各种先进技术,扩大自身的性能和功能,从而满足日益增长的智能电网的建设及发展需求。
参考文献
[1]常婧.智能电网建设对智能仪表的技术需求分析[J].仪表技术,2010,10(4):18~19.
[2]秦超.GIS在城市信息化中的应用[J].城市建设理论研究,2011,10(21):9~10.
[3]邓丽芳.谈GIS在城市规划编制中的应用[J].城市建设理论研究,2013,37(16):69~70.
智能仪表管理系统建立 篇4
关键词：智能仪表,FieldCare,FDT/DTM
1 引言
随着科技的发展, 仪表系统也开始步入了数字化、智能化和网络化的范围内。目前, 济南卷烟厂能源动力管控系统使用了近300台智能仪表, 类型涵盖质量流量计、涡街流量计、电磁流量计、压力变送器、温度变送器、物位计等。整个能源管控系统的控制几乎全部依赖从智能仪表获取的数据, 而全厂的水、电、汽、气等能源消耗数据也是通过计量仪表获得, 智能仪表对全厂的能源供给与计量具有重要意义。
智能仪表数量多且分布范围广, 遍布于全厂各个角落, 使得仪表巡检、调校和维护非常繁杂。有必要建立一套智能仪表管理系统, 能够实时监测仪表工作状态, 对仪表进行远程参数配置、调校、故障诊断与维护, 且具备文档管理功能。以便实现对智能仪表的有效管理, 提高智能仪表管理维护水平。
2 主要原理和关键技术
硬件连接以现有的工业以太网网络架构为载体, 采用Profibus通信技术。将具有Profibus PA通信能力的仪表通过转换器 (DP/PA) 连接至Profibus DP网络, 上位仪表管理系统通过网关 (ieldgate FX-A720) 接入Profibus DP网络。两者并行工作, 控制和管理功能互不干扰, 性能更加优化。
软件实现基于FDT/DTM技术的规范要求。FDT作为一种软件接口规范, 所有的通讯协议都可以使用该种技术, 具有开放、独立、公开的性质, 它描述了工程框架和设备软件组件DTM之间的软件接口和相互关系, 与设备和现场总线系统无关。DTM相对于现场硬件设备来说相当于软件代理, 每个现场设备制造商都需要提供一种软件组件。
3 系统实现
考虑到能源动力管控系统大部分采用的是E+H仪表, 最终选用E+H公司的Field Care软件系统进行实施。Field Care不仅支持FDT/DTM技术, 且允许通过这一系统实现对于通信转换设备的维护, 包括DP/PA转换器、Profibus接口设备等。
3.1 软件实现
安装fieldcare软件, 版本为2.09。首先配置DAEMON虚拟光驱, 导入fieldcare镜像, 按照所选内容一步一步执行。在软件安装过程中, 基于FDT/DTM技术的规范要求, 安装Field Care框架应用程序。创建驱动器, 即建立通讯设备类型管理器Comm DTM文件, 包括DP/PA转换器的Comm DTM文件, Fieldgate FXA720Comm DTM文件。创建设备的连接, 即建立设备类型管理器, 包括所有现场仪表DTM文件。
3.2 创建项目
软件安装完成后, 创建项目。每一个E+H网关对应创建一个DP/PA-LINK, 每一个LINK下面对应实际连接的仪表, 包括仪表网络位号、通道、地址、设备类型 (DTM) 及对应的物理设备等。在DTM配置过程中, 个别压力、温度和流量仪表的DTM类型需用placeholder FIELDDEVICE来表述。项目创建完成后即在软件中建好了与仪表的网络连接, 可以在软件中连接现场仪表。
3.3 参数设置
根据设备类型, 结合仪表实际使用情况, 对仪表参数进行配置。对仪表参数进行配置时, 注意以下几点:
1) 选择正确的测量单位, 与实际使用相匹配, 并与能源计量系统单位统一。
2) 根据实际使用情况设置仪表量程, 注意仪表类型, 温度、压力、流量、物位等。
3) 根据使用要求设置仪表报警上、下限。
4) 流量仪表根据需要可以设置最小流量切除, 减小测量误差。
5) 基本参数配置好后需进行调试, 使测量值与实际相一致。
参数配置好后即可连接现场仪表, 下载或者上传配置。
3.4 状态监测实现
每台仪表实时工作状态通过仪表管理系统监测画面中的指示灯代表, 不同颜色分别代表不同工作状态。例如:正常时指示灯为绿色, 黄色时代表警告, 有报警时指示灯变为红色。通过观察仪表工作状态可以快速了解仪表是否正常, 一目了然。
3.5 故障诊断及维护管理
当监控画面指示灯变为黄色时说明仪表状态参数达到或超过了设定的警告限值。具体情况通过点击相应的指示灯, 则系统会给出相应的初级分类, 比如:硬件故障、软件故障或者过程所致状态故障等。通过点击具体故障查询排除链接, 进入到设备故障诊断及维护管理操作, 对故障进行诊断和维护。
4 结束语
利用智能仪表管理系统, 工作人员可以有效监测仪表工作状态, 准确把握仪表运行情况, 及时处理各项问题, 实现了仪表远程参数设置、故障诊断及排查, 大大提高了智能仪表管理维护水平。通过实时监测仪表工作状态, 计量人员对仪表状态有更清楚的认识, 做到备品备件的高效低量库存, 使工作计划性大大提高。通过预先判断仪表工作状态, 提前发现问题, 及早解决, 一方面可以避免系统误操作, 另一方面确保计量准确、可靠。
参考文献
[1]朱占清.利用网关技术模块实现仪表数据远传[J].新疆石油科技, 2006.
仪器仪表智能化进展 篇5
所谓智能化, 就是随着外界条件的变化而做出一种正确反应的能力。这里所说的智能化, 是一种利用计算机收集信息、处理信息、理解信息和选择信息来进行智能工作的方式。智能化也是信息技术发展的最高层次。而我们这里所说的仪器仪表智能化只能定义为智能技术的初级阶段, 其实就是指把仪器仪表与计算机、微电子技术以及人工智能等现代科技结合起来。
2 仪器仪表智能化的进展分析
2.1 计算机技术对于仪器仪表智能化的推动
当今的计算机技术发展的非常迅速, 计算机中央处理器的处理速度也在飞速的升级, 很多科学家都认为计算机中央处理器在未来几年将会发展的更加迅速。目前来看, 计算机的处理能力发展趋势主要有图像信息、视频信息以及宽带信息这几种, 计算机的处理能力提升也着重在这几方面进行提升。随着计算机软件系统和硬件的飞速革新和升级, 仪表仪器智能化的发展必然会受到其非常大的影响。
另外, 计算机的人机交互能力在这些年也得到了长足的发展, 原始的人机交互是依靠文字和字符来进行交互, 后来又可以通过多媒体信息来进行人机交互, 目前可以发展到了通过虚拟现实的方式来进行人机交互。随着虚拟现实交互信息方式的出现, 通过这种在计算机中营造出的三维模拟现实环境, 从根本上改变了人类以往的思维方式。随着虚拟现实交互信息技术的普及和推广, 将会给仪表仪器智能化带来非常大的推动作用[1]。
2.2 微电子技术对于仪器仪表智能化的推动
微电子技术是从上个世纪七十年代开始发展的, 到了九十年代, 微电子技术已经进入了一个稳步提升的阶段。目前来看, 电子芯片的线宽已经达到了0.35 亚微米到0.25 亚微米。随着线宽的逐渐缩小, 以往的一个仪器仪表的机箱, 如今都可以缩小到一块芯片上。这种微电子技术的迅速发展, 无疑会极大的推动仪表仪器智能化的发展。近些年来, 微电机技术的发展速度已经大大超过了当初的预期, 根据摩尔定律, 在今后的十年当中, 微电子技术还会得到更大的发展, 并且发展速度更加迅猛。毫无疑问, 微电子技术的大力发展必然会极大的推动仪器仪表智能化的发展[2]。
当前来看, 专用集成电路ASIC不管是在集成度方面还是在生产速度和价格方面都因为微电子技术的发展得到了极大的提升, 这种提升对于仪器仪表智能化来说是具有极大意义的。目前这种ASIC, 可以通过用户来进行定制, 从而利用CAD直接在芯片上制造最先进的仪器仪表智能化系统。这种仪器仪表的系统制作方式, 不但用时短, 并且设计间接, 极大的提升了集成度[3]。
另外, 还有一种数字信号处理器DSP, 这种处理器的发展速度非常迅速, 目前已经成为了计算机硬件系统以及家电产品和网络设备非常重要的组成部分, 这种数字信号处理器目前也是仪器仪表的重要组成部件。随着近些年DSP的迅速发展, 其在运行速度上和体积上都得到了极大的升级, 最新提出了DSPS概念, 通过DSP技术与ASIC以及软件开发工具等相结合, 集成为一个新的系统。DSPS这种新概念的产生, 无疑会对仪器仪表智能化产生非常大的推动效果[4]。
2.3 人工智能技术对于仪器仪表智能化的推动
在上个实际七十年代, 随着测试技术的大力发展, 数学与测试技术进行融合, 从而诞生了分析统计学。这种分析统计学不但可以设计合理的测量分析过程, 同时可以进行处理巨大规模的信息。这种科学对于仪器仪表和人工智能相结合提供了前提条件。目前来看, 人工智能技术属于一种计算机程序, 它可以通过积累的经验与只是来进行具体行为的决策, 并且拥有非常强大的处理问题能力。通过人工智能和数据库的结合, 人工智能可以赋予仪器仪表更加强大的功能, 以往通过人工方式很难得到解决或者根本不能解决的问题, 如今可以通过人工智能与仪表仪器相结合的方式很容易的来进行解决。从这一点上来看, 人工智能对于仪表仪器智能化的发展是具有非常大的推动作用的。
3 仪器仪表智能化的展望
多功能是仪器仪表智能化的一个发展趋势, 例如通过结合一些先进的数字系统可以制造出一些性能上更高, 并且具有多功能、高准确度的综合性仪器仪表产品。这种产品不但在应用效果上更好, 同时成本也更加低廉。另外, 与微处理器为核心的仪器仪表设备也是当前的一个主要发展趋势, 它同时具有软件和硬件的调试功能, 并且更新和升级的速度非常迅速。除此之外, 随着仪器仪表智能化的发展, 频域测量和时域测量已经被证明不适合与计算机技术相结合, 所以, 数据域测试仪器已经进入了人们的视野。这种技术的使用方式和设计技术都十分的复杂, 但是随着技术的升级和更新, 这种仪器可以实现现场测试操作, 并且操作机器简单。
4 结束语
总的来说, 计算机技术、微电子技术以及人工智能技术必将推动仪器仪表智能化的发展, 而仪器仪表智能化的发展也将会给人类的科学研究和生产带来非常有利的影响。本文通过对于仪器仪表智能化概念的阐述, 以及仪器仪表智能化的进展和展望进行探讨和分析, 希望可以促进仪器仪表智能化的发展。相信在未来的10 年, 仪器仪表智能化必将得到突破性的进展。
参考文献
[1]宋慧欣.仪器仪表智能化渐成趋势[J].自动化博览, 2012 (10) :46-47.
[2]朱海龙, 高华.仪器仪表的智能化与科技创新[J].才智, 2013 (25) :223.
[3]刘博.浅析仪表的智能化发展趋势[J].科技致富向导, 2013 (17) :228.
智能数字仪表 篇6
1 简要分析智能化配电系统
智能化配电系统是将行业技术、现代信息技术、现代通信技术、智能控制技术、计算机网络技术等等汇集在一起的智能应用集合。近年来, 伴随着信息技术的深化发展, 其复杂度以及技术水平愈发增强, 在工业领域, 智能化配电的先进概念得到合理渗透, 逐步构成具体的网络集成式全分布控制系统, 可实现对整个系统运行的可靠性以及实时、快速需求的充分满足。比如, 对于一个10KV的配电系统来说, 就要以ZN63A-12型高压真空断路器, 此断路器是我国独立自主研发, 并且功能已经与ABB公司生产的VD4-12型高压断路器相媲美。而且在市场上的性价比也具有明显的优势, 它已经成为了我国高压断路器中主流产品之一。可是, 因为高压真空断路器自身也有着缺点就是不具备通信功能, 如果想要在智能化的供电和配电系统中实现遥信与遥控, 就一定要配置网络电力监控装置。比如集“三遥”功能于一身的智能电力仪表就可以实现下面的功能:
1.1 关于断路器开关的合闸状况、分闸状况、储备状况、以及工作位置的只是、试验位置指示等的“遥信”
1.2 关于断路器开关的合闸、分闸。储能等进行遥控。
1.3 关于断路器回路的电流、电压、频率、功率因数、有功电度、无功电度等进行电力参数的遥测。
在新建工程的高压配电系统中, 可以使用传统的继电器保护, 然后选择相应系列的智能电力仪表和对应的智能配电监控软件组成的自动化系统, 既能节约大量的工程项目投资, 也可以满足供配电系统对高压保护的要求。
2 AEC公司智能配电系统中的电气解决方案
在美国能源控制公司AEC研制的自动化产品中, 智能配电系统原本是其的关键构成部分。根据电气成套开关设备的相关要求特点, 该公司继而实现AECONTROL变电站监控系统的推出。一般来说, AE-CONTROL可谓是将变压器、中压开关设备以及变电站开关设备集于一身的智能配电管理系统, 该系统隶属于一体化分布形式。在充分结合断路器遥信、遥控以及遥测等等相关技术要求与功能需求的基础上, 应该为每台断路器设备进行通讯模块地合理配置, 再采用总线形式加之配电站的监控集成柜通过RS485串行口接口形式来实施通信行为, 在此需要注意的是看, 监控集成柜跟380V开关柜模块相互间通信所需规约应充分相应的MODBUS KTU规约要求。对于变电站来说, AECONTROL系统主机作为其的一体化监控平台, 能够很好为系统实现相应的集中监控功能, 将前端机设备配置于系统现场层面位置, 采用内部的以太网将其跟监控主机连接在一起;位于前端机下方, 且处于开放的设备层的现场总线网络, 可谓是将变电站各个设备进行合理连接的智能化装置。工业PC机是前端机主要的组成部分, 其具备有较强的抗干扰与通信处理等等功能, 实现了对网关与路由器设备的合理取消, 将相应的网络结构进行了有效简化, 促进底层变电站所有设备可完成无缝连接。就目前的情况而言, 很多现场智能化装置虽然有着一定的数字通信功能, 却是没有通过较为严谨的一致性以及互操作性检测的现场总线设备, 其通信所具备的兼容性相对较差, 所持有的协议欠缺统一性。然而, AECONTROL前端机所具备的较为灵活的通信处理功能, 可充分符合相应的系统开放需求, 具体来说, 则为现场总线产品既能满足可连接标准, 又可以跟其他智能化装置进行兼容, 将其所具备的灵活性充分扩展, 满足用户变电站各个设备的系统集成需求。该公司可在国内实现对6到110千伏整个系统的所有微机综合保护单元的有效提供, 同时, 还可实现对400伏低压电动机保护控制器与智能配电仪、自动化后台监控设备的有效提供。在进行AECONTROL连接的时候, 能够充分实现上述功能的代表性智能化装置包括AEC2000系列微机综合保护测控单元、AEC6800/AEC46系列智能配电仪表和AEC4900电动机保护控制器等。
通过计算机系统以及现场总线可将AEC2000系列的微机综合保护测控单元合理的连接起来, 使得故障信息以及围护信息管理、开关保护设置、开关保护定值设置、显示和测量相应的电参量等等功能得以实现;远程控制和针对电能质量展开的综合监控与测量等三遥功能可通应用C6800/AEC46系列智能配电仪表设备得以实现;在运用现场总线技术的基础上, AEC4900智能电动机保护装置拥有了甚是强大的测量和现实具体参数功能以及控制和保护电动机的相关功能, 具体来说, 星三角、正反转以及直接起动、双速等等为主要的控制功能, 其保护功能涉及有针对过载、漏电以及断相、欠压、三相失衡、堵转、电动机发热等等情况实施的保护, 同时, 可针对功率、三相电压与电流、故障类型报告、功率因数、电动机运行维护的相关信息等等进行合理测量与有效显示。与此同时, AEC4900电动机保护控制装置能够为电动机装置提供必要的故障预测和自动重起的相关功能, 持有相应的双冗余通信接口。在这里需要特别进行推荐的是, AEC6800系列智能配电仪表, 其不仅可以遥测三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、有功电度、无功电度, 还可以遥信开关的合分闸状态及遥控开关的合分闸操作。除此之外, 其拥有者十多种扩展模块, 可将选择各类通讯协议以及测量谐波等等相关功能得以实现, 该设备开启了在智能配电产品上运用VFD真空荧光显示技术的先河, 使得其在同类产品中脱颖而出, 具备有较高的对比度特性以及亮度, 使其能够在温差变化大、震动剧烈以及高压等等多种较为恶劣的环境中获得广泛应用。
3 结束语
由上面案例我们可以看出, 进行智能化设计时, 一定要尽可能的满足供配电设计规范及系统智能化设计的要求为前提。只有选择智能断路器配合智能电力仪表, 才能达到断路器本身自带的功能发挥出作用, 这样也会相对应的减少工程造价的成本。
参考文献
[1]JGJ/T16-1992.民用建筑电气设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2008.
[2]华东建筑设计研究院.智能建筑设计技术[M].上海:同济大学出版社, 2009.
智能测控仪表技术的研究 篇7
1 智能测控仪表的设计
在电力监控系统中,智能测控仪表被设计在现场监控层中,主要的任务是收集和运输数据,而且还会听取监控主机发出的命令,采取相应的执行方式。另外,智能测控仪表和监控网络是分离开来的,不存在依赖的情况,特别是智能测控仪表,它是独立运行的,能够实现电力参数的收集、显示、传输以及控制等。而且智能测控仪表还能按照电力监控系统的不同需求,对电能的质量、故障信息以及费率等进行分析和计量。由此可见,智能测控仪表在电力监控系统中起着非常重要的作用,一定要重视它的设计情况。
1.1 智能测控仪表的基础结构
智能测控仪表的基础结构主要由输入模块、数据处理模块以及输出模块等组成。在智能测控仪表的基础结构框架中,输入模块由互感器接口、开关量输入接口等组成,它能够及时地收集各种类型的信号,如交流电压信号、交流电流信号以及熔断器熔断状态信号;数据处理模块由测量芯片、信号变换以及存储电路等组成,它的主要功能是输入信号的收集、电气量的运算以及故障信息的处理等[1];而输出模块由通信接口、显示接口以及开关量输出接口等组成,它能够实现数据的通信,对输出数据进行控制,另外还包括数据和状态的显示。
1.2 智能测控仪表技术的硬件电路
在设计智能测控仪表技术的硬件电路时,要使用专门的微处理器,而且在测量三相电压、三相电流以及功率因数等电力参数时,要充分应用测量芯片ATT7022D来实现。要想完成数据的通信,除了以太网通信的方式,还有RS485总线通信的方式,其中以太网控制器ENC28J60和RJ45插座HR911102A是以太网通信接口的基础,而RSM485D芯片是RS485总线接口通信的基础。另外,智能测控仪表的输出控制电路应用的是继电器启动封闭的形式,电路的显示通过液晶显示屏来完成。再有,硬件电路的设计还包括以下几点:输入信号测量电路的设计。输入信号测量电路的设计是一个非常重要的工程,电压值的设定是非常必要的,可以将其设定在360V,而输入电流可以设定为5A。另外,还要设定一个110kΩ的电阻,当电压通过电阻时,电流信号要保持在-4m A到4m A之间,之后要利用4m A/4m A的电流互感器来收集电流信号,而输入电流的收集可以直接采用5A/5m A的电流互感器。所收集到的信号要经过充分的调整和处理,之后经过电路被送到ATT7022D的差分信号输入端。UAP、UAN是输入电压UA在经过采样和处理之后得出的差分输出端子,同样UBP和UBN是输入电压UB的差分输出端,UCP和UCN是输入电压UC的差分输出端。
1.3 通信接口的电路设计
从RS485总线接口电路可以看出,RSM485D是一个双路隔离收发器模块,主要由电气隔离、总线保护器以及双路电源隔离组成,隔离作用非常好,其中隔离电压基本上能够达到2500VDC[2]。另外,RSM485D的发送端是的途中的TXD1和TXD2,而接收端是RXD1和RXD2,而且它们都是和微控制器的发送端和接收端连接在一起的。而RS485总线的两路控制信号分别为SCK1和SCK2,如果它们处在高电平时,RSM485D就会发挥接收的功能,但是如果它们处在低电平时RSM485D就会发挥输送的功能。
以太网接口中的ENC28J60是一个具有重要作用的以太网控制器,而且是在美国研发的,控制器里包含了媒介访问层和物理层,可以在以太网协议的基础上进行信息、数据的接收和输送,而且还将串行接口和微处理器连接在一起,在LEDA和LEDB的指示下进行网络活动的运行。
2 智能测控仪表的使用和测试
2.1 智能测控仪表的接线方法
在测量三相四线系统的电压和电流时,如果使用智能测控仪表,就要充分观察待测电路中的电压,如果相电压高于380V,或者是线电压高于660V,这时最好的方式就是充分结合三个电压互感器和三个电流互感器,使其构成一个四线星形,而且还要对电压变比和电流变比进行科学合理的设置[3];但是,如果待测电力中的相电压比375V小,或者是线电压比650V小,就可以将上述的三个电压互感器撤掉,或者是将其电压设置为1。
在测量三相三线系统的电压和电流时,如果要是使用智能测控仪表,最好的方式就是充分结合两个电压互感器和两个电流互感器,使其构成一个三角形,而且要对电压变比和电流变比进行科学合理的设置。
2.2 智能测控仪表的测试结果
在进行智能测控仪表的测试时,一定要根据国家的相关标准来进行,智能测控仪表技术在电力监控系统中具有非常重要的作用,必须符合电力监控系统中所有的参数需求。
3 结束语
综上所述,智能测控仪表是一种非常智能化的仪器仪表,整个过程都是在自动化的环境中完成的,不管是在测量数据,还是在监控生产过程方面,都是一个非常有效的工具。另外,智能测控仪表既可以替代传统模拟仪表单独使用,还可以在电力监控系统中对数据进行收集、整理、储存、显示以及控制等。再有,智能测控仪表的灵活性和可定制性也比较强,需要的成本较小,抗干扰能力较强,因此,具有非常好的应用前景,值得在以后的生产和生活中进行推广。
摘要：近年来,互联网技术正在快速的发展,在具有通用性差、针对专门的对象要进行相应的设计和制造等缺点的仪器仪表的基础上,研发了一种新型的智能测控仪表,它不仅能够接受各种各样传感器所发出的信号,做出相应的动作,还能针对信号对其进行相应的控制。在研发智能测控仪表时,主要应用了先进的PID控制战略,使测控系统变得更加便捷、灵活,文章主要分析了电力监控系统中智能测控仪表技术,希望实现智能测控仪表技术的有效应用。
关键词：智能测控,仪表技术,设计方案
参考文献
[1]张雪晨.关于网络化智能测控技术发展与分析[J].山东工业技术,2016,9:146-147.
[2]吴晖.网络化智能测控技术现状分析及展望[J].科技与创新,2016,10:40.