控制仪表系统故障分析步骤及发展特点和趋势
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摘要：以温度控制仪表和液位控制仪表为例，主要分析了控制仪表系统故障步骤，并阐述了控制仪表发展的特点和今后发展趋势，对现今社会的影响以及作用。
中图分类号：P634.3+6文献标识码： A 文章编号：
控制仪表和装置是自动控制系统的重要设备（硬件）[1]。在自动控制系统中，由检测仪表将生产工艺参数变为电信号或气压信号后，不仅要由显示仪表显示或记录，让人们了解生产过程的情况，还需将信号传送给控制仪表和装置，对生产过程进行自动控制，使工艺参数符合预期要求，因此控制仪表是实际生产过程自动化的重要工具。
一、控制仪表系统故障分析步骤
1.1温度控制仪表系统
分析温度控制仪表系统故障时，首先要注意两点：该系统仪表多采用电动仪表测量、指示、控制；该系统仪表的测量往往滞后较大。
（1）温度仪表系统的指示值突然变到最大或最小，一般为仪表系统故障。因为温度仪表系统测量滞后较大，不会发生突然变化。此时的故障原因多是热电偶、热电阻、补偿导线断线或变送器放大器失灵造成。
（2）温度控制仪表系统指示出现快速振荡现象，多为控制参数PID调整不当造成。
（3）温度控制仪表系统指示出现大幅缓慢的波动，很可能是由于工艺操作变化引起的，如当时工艺操作没有变化，则很可能是仪表控制系统本身的故障。
（4）温度控制系统本身的故障分析步骤：检查调节阀输入信号是否变化，输入信号不变化，调节阀动作，调节阀膜头膜片漏了；检查调节阀定位器输入信号是否变化，输入信号不变化，输出信号变化，定位器有故障；检查定位器输入信号有变化，再查调节器输出有无变化，如果调节器输入不变化，输出变化，此时是调节器本身的故障。
1.2液位控制仪表系统
（1）液位控制仪表系统指示值变化到最大或最小时，可以先检查检测仪表看是否正常，如指示正常，将液位控制改为手动遥控液位，看液位变化情况。如液位可以稳定在一定的范围，则故障在液位控制系统；如稳不住液位，一般为工艺系统造成的故障，要从工艺方面查找原因。
（2）差压式液位控制仪表指示和现场直读式指示仪表指示对不上时，首先检查现场直读式指示仪表是否正常，如指示正常，检查差压式液位仪表的负压导压管封液是否有渗漏；若有渗漏，重新灌封液，调零点；无渗漏，可能是仪表的负迁移量不对了，重新调整迁移量使仪表指示正常。
（3）液位控制仪表系统指示值变化波动频繁时，首先要分析液面控制对象的容量大小，来分析故障的原因，容量大一般是仪表故障造成。容量小的首先要分析工艺操作情况是否有变化，如有变化很可能是工艺造成的波动频繁。如没有变化可能是仪表故障造成。
（4）除了分析现场参数单独控制仪表的故障外，还有一些复杂的控制回路，如串级控制、分程控制、程序控制、联锁控制等等。这些故障的分析就更加复杂，要具体分析。
（1）技术指标不断提高。以仪器仪表和测量控制的技术范围指标来说，如电压从纳伏~100万伏；电阻从超导至1014Ω；谐波测量到51次；加速度从10-4―104g；频率测量至1010HZ；压力测量至108Pa；温度测量从接近绝对零度至1010℃等。以提高测量精度指标来说，工业参数测量提高至0.02%以上，航空航天参数测量达到0.05%以上，计量精度和科学仪器达到的精度更是与时俱进。以提高测量的灵敏度来说更是向单个粒子、分子、原子级发展。提高测量速度（响应速度），静态0.1~0.2ms，动态为Lμs。提高可靠性，一般要求为2~5万小时，高可靠要求25万小时。稳定性（年变化）＜±0.05%（高精度仪器）或＜±0.1%（一般仪器）。此外还不断提高产品环境适应性。
（2）最先应用新的科学研究成果，高新技术大量采用。现代仪器仪表作为人类认识物质世界、改造物质世界的第一手工具，是人类进行科学研究和工程技术开发的最基本工具。人类很早就懂得“工欲善其事，必先利其器”的道理，新的科学研究成果和发现如信息论、控制论、系统工程理论，微观和宏观世界研究成果及大量高新技术如微弱信号提取技术，计算机软、硬件技术，网络技术，激光技术，超导技术，纳米技术等均成为仪器仪表和测量控制科学技术发展的重要动力。现代仪器仪表不仅本身已成为高技术的新产品，而且利用新原理、新概念、新技术、新材料和新工艺等最新科技术成果集成的装置和系统层出不穷。
（3）单个装置微小型化，智能化，可独立使用，嵌入式使用和联网使用。测量控制仪器仪表大量采用新的传感器、大规模和超大规模集成电路、计算机及专家系统等信息技术产品，不断向微小型化、智能化发展，从目前出现的“芯片式仪器仪表”，“芯片实验室”等看，单个装置的微小型化和智能化将是长期发展趋势。
（4）测控范围向有关工作方式立体化、全球化扩展，测量控制向系统化、网络化发展。随着测量控制仪器仪表所测控的既定区域不断向立体化、全球化甚至星球化发展，仪器仪表和测控装置已不再呈单个装置形式，它必然向测控装置系统、网络化方向发展。
（5）便携式、手持式以至个性化仪器仪表大量发展。随着生产的发展和人民生活水平的提高，人们对自己的生活质量和健康水平日益关注，检测与人们生活密切相关的各类商品、食品质量的仪器仪表，预防和治疗疾病的各种医疗仪器是今后发展的一个重要趋势。
三、控制仪表的发展趋势
进入21世纪以来，网络、在线、智能等高科技化已成为现代仪器最主要的特征和发展趋势。高新技术研究成果的广泛采用、跨学科的综合设计、高精尖的制造技术等，使仪器仪表领域发生了根本性的变革。
（1）现代仪器仪表作为典型的高科技产品，完全突破了传统的光、机、电构架，向着计算机化、网络化、智能化、多功能化的方向迅速发展，向着更高速、更灵敏、更可靠、更简捷地获取被分析、检测、控制对象全方位信息的方向迈进。随着微机技术、网络通信技术的不断拓展。新世纪的测试仪器将是一个开放的系统概念。科学测试仪器正由单台智能化逐步走向通用模件化，并实现即插即用、灵活方便地组成针对不同对象的自动测试统；难于实现网络化的大型科学仪器向更高的测量精度、高可靠性和环境适应性方向发展。并且其使用的自动化水平不断提高，并普遍具有自补偿、自诊断、自故障处理等功能。
（2）纵观仪器仪表的发展历程，可以得出未来仪器仪表的总体发展趋势是“六高一长二十化”。即传统的仪器仪表朝着高性能、高精度、高灵敏、高稳定、高可靠、高环保和长寿命的方向发展；而新型的仪器仪表与元器件将朝着小型化(微型化) 、集成化、成套化、电子化、数字化、多功能化、智能化网络化、计算机化、综合自动化、光机电一体化;服务上的专门化、简捷化、家庭化、个人化、无维护化以及组装生产自动化、无尘(或超净)化、专业化、规模化的方向发展，使仪器仪表不断向更深领域发展。数字技术的出现把模拟仪器的精度、分辨力与测量速度提高了几个量级，为实现测试自动化打下了良好的基础。计算机的引入，使仪器的功能发生了质的变化，从个别参量的测量转变成测量整个系统的特征参数，从单纯的接受、显示转变为控制、分析、处理、计算与显示输出，从用单个仪器进行测量转变成用测量系统进行测量。
（3）计算机技术在仪器仪表中的进一步渗透，使电子仪器在传统的时域与频域之外，又出现了数据域测试。90年代，仪器仪表与测量科学技术突破性进展是仪器仪表智能化程度的提高；DSP芯片的大量问世，使仪器仪表数字信号处理功能大大加强；微型机的发展，使仪器仪表具有更强的数据处理能力和图象处理功能；现场总线技术是90年代迅速发展起来的一种用于各种现场自动化设备与其控制系统的网络通信技术。现代仪器仪表产品将向着计算机化、网络化、智能化、多功能化的方向发展，跨学科的综合设计、高精尖的制造技术使它能更高速、更灵敏、更可靠、更简捷地获取被分析、检测、控制对象的全方位信息。
未来10年，而更高程度的智能化应包括理解、推理、判断与分析等一系列功能，是数值、逻辑与知识的结合分析结果，智能化的标志是知识的表达与应用。利用物理学的新效应和高新技术及其成就开发新型高灵敏度、高稳定性、强抗干扰能力传感器技术和测试仪器仪表。如利用高温超导量子干涉仪（SGUID）开发计量测试仪器、物理学测试仪器、地理和地质学仪器、化学分析仪器、无损材料检测仪器等。利用椭偏技术来检测光纤、光学玻璃等，它与近场光学相结合，不仅可以测量表面精细结构，同时根据近场光学反射偏振信息可以分辨出被测物体的材料，这是目前实验研究新探索。
参考文献：
[1]徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设计[M].北京航空航天出版，1995.