1.3.4 检测仪表和执行器

检测仪表和执行器是控制系统非常重要的设备，没有准确的现场信号和执行器的准确动作，再好的控制算法都不能实现高性能控制。工业控制系统最容易出现故障的部分就是传感器和执行器。可将检测仪表和执行器看作下位机系统的一部分，由于它们在SCADA系统中起重要作用，因此在这里单独进行介绍。

1.检测仪表

SCADA系统中监控的参数按照数据类型可以分为模拟量、数字量和脉冲量等，模拟量包括温度、压力、物位、流量等典型过程参数和其他各种参数，而数字量包括设备的启/停状态等。在不同的应用中，参数的类型相差很大，如在环境监控中，要大量采用各种分析仪表进行环境参数分析；在电力系统中，则要检测电流、电压、功率等参数。为了实现对这些参数的检测与监控，首先要通过各种检测仪表把这些参数转换为电量信号，然后把仪表输出与计算机的各种I/O接口连接，最终实现把模拟量转换为数字量，并被计算机采集。为了简化检测仪表与各种I/O设备的连接，通常要求检测仪表的输出是各种标准信号，如对于模拟量，采用4～20mA的标准电流信号，这些信号十分适合远距离传输。若检测仪表输出的不是标准信号，则可以通过相应的变送器将检测仪表输出信号转换为标准信号。相比而言，数字量的输入/输出要简单得多，实现起来较容易。

检测仪表在组成上包括检测元件（敏感元件或传感器）和转换电路。检测元件直接响应工艺变量，并转换为一个与之成对应关系的输出信号，这些信号可以是位移、电压、电流、电阻、电荷、频率、光量、热量等。当采用热电偶测温时，检测仪表将被测温度转换为热电势信号；当采用热电阻测温时，检测仪表将被测温度转换为电阻信号。由于一些检测仪表输出的是非标准信号，因此，还需要通过变送器把该信号转换为标准的电流信号或电压信号。当然，由于热电偶与热电阻在工业现场被大量使用，一般厂家的下位机系统有专门的热电偶与热电阻模块，因此也可以配置这类模块，而不需要进行信号转换。

通常要根据工艺特点，从测量精度、量程、仪表价格、使用环境、维护、备件等方面来进行仪表选型。随着技术的发展，新型检测仪表不断出现，许多过去难以测量的变量现在得以有较好的解决方案。由于非接触式检测仪表具有不少突出优点，因此目前在仪表选型上会优先考虑选用非接触式仪表。例如，污水处理厂的进水泵房液位检测目前已基本用超声波液位计代替了传统的投入式液位计。

2.执行器

执行器也称执行设备。执行器接收下位机（控制器）的输出，改变操纵变量，使生产过程或设备按照预定要求正常运行。在不同的行业中，执行器的类别不一样，如在生产过程监控中，出于生产安全方面的考虑，各种气动执行器得到广泛应用，典型的就是气动调节阀，还有各种气动开关阀门。而在制造业中，各种步进电机、变频器、伺服电机等调速设备得到广泛应用。执行器是控制系统的重要执行设备，要根据执行器的特点、现场使用要求（如使用环境、工艺介质特点、调节精度、调节速度）等进行合理选择。

气动执行器、电动执行器、液动执行器的比较如表1.1所示。

表1.1 气动执行器、电动执行器、液动执行器的比较