機(jī)械工程自動(dòng)化儀表裝置的應(yīng)用研究

【摘 要】 隨著現(xiàn)代科技進(jìn)步，自動(dòng)化得到了越來越廣泛的應(yīng)用，自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。為了保證生產(chǎn)過程安全、可靠的運(yùn)行，要隨時(shí)對(duì)生產(chǎn)過程中使用的儀表進(jìn)行維護(hù)和校準(zhǔn)。傳統(tǒng)的將生產(chǎn)過程中使用的儀表拿回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行校準(zhǔn)的方法已不能滿足生產(chǎn)的要求，取而代之的是在現(xiàn)場(chǎng)直接對(duì)儀表進(jìn)行校準(zhǔn)。

【關(guān)鍵詞】 機(jī)械工程自動(dòng)化儀表裝置自動(dòng)化機(jī)械工程儀表裝置檢測(cè)儀表自動(dòng)化儀表

影響設(shè)備精度的一大重要因素就是工作溫度，因此，系統(tǒng)的冷卻和散熱就顯得尤為的重要，良好的冷卻效果不僅能夠保證機(jī)箱和其中模塊的穩(wěn)定工作，更能提升相應(yīng)板卡和電源的平均故障時(shí)間間隔（MTBF）參數(shù)。一些專業(yè)的測(cè)量總線標(biāo)準(zhǔn)，如PXI總線，在冷卻和散熱方面進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)范，包括對(duì)機(jī)箱中散熱氣流方向的定義、以槽為單位進(jìn)行散熱等確保系統(tǒng)在正常的工作溫度下完成測(cè)量任務(wù)。

校準(zhǔn)的一般步驟是：預(yù)熱儀器（包括被校儀器以及標(biāo)準(zhǔn)源）；設(shè)置儀器的狀態(tài)，進(jìn)行測(cè)量記錄數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)結(jié)果判定并給出結(jié)論；自動(dòng)形成校準(zhǔn)證書和原始記錄。

自動(dòng)化校準(zhǔn)系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)過程首先，標(biāo)準(zhǔn)源和數(shù)字多用表按照要求開機(jī)預(yù)熱，連接硬件設(shè)備（GPIB卡、488電纜等），硬件連接完成后，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，搜尋整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的物理地址分配情況，根據(jù)搜索到的各個(gè)儀器地址，在校準(zhǔn)軟件運(yùn)行時(shí)，設(shè)置正確的地址配置。（1）初始化設(shè)置模塊。雙擊相應(yīng)的自動(dòng)化校準(zhǔn)程序圖標(biāo)，系統(tǒng)啟動(dòng)，進(jìn)入測(cè)試系統(tǒng)主界面，主界面的風(fēng)格以簡(jiǎn)捷實(shí)用為主，左側(cè)是各功能按鈕。首先進(jìn)入的是初始化設(shè)置模塊。初始化模塊要設(shè)置被測(cè)試設(shè)備的校準(zhǔn)項(xiàng)目，設(shè)置被校儀器和標(biāo)準(zhǔn)源的GPIB地址，選擇是否是首次測(cè)試，此功能的目的是為了保存測(cè)量的數(shù)據(jù)，防止意外發(fā)生使測(cè)量數(shù)據(jù)丟失，需要重新進(jìn)行測(cè)試。選擇中英文語言，選擇校準(zhǔn)、檢定，選擇被測(cè)試設(shè)備的名稱。初始化設(shè)置就完成了。（2）數(shù)據(jù)采集動(dòng)態(tài)顯示模塊。該模塊的主要功能包括：初始化儀器、設(shè)置儀器的狀態(tài)、測(cè)量數(shù)值、數(shù)據(jù)位數(shù)控制、動(dòng)態(tài)顯示數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)結(jié)果判定、數(shù)據(jù)保存等。自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集過程是完全模擬人工測(cè)量過程進(jìn)行測(cè)量的。儀器的初始化配置以及量程、顯示位數(shù)、精度、采樣數(shù)率、采樣時(shí)間、測(cè)量值、功能選擇等模塊從NI網(wǎng)站上下載，程序員也可以根據(jù)儀器編程說明書提供的SCPI語言命令編寫相應(yīng)的模塊。本模塊中的數(shù)據(jù)顯示位數(shù)、數(shù)據(jù)量程、上下限等都是根據(jù)測(cè)試計(jì)量對(duì)儀器的要求而自動(dòng)生成的，數(shù)據(jù)結(jié)果判定也是自動(dòng)完成的。程序把那些不合格的數(shù)據(jù)用紅色的字體顯示，使計(jì)量員在測(cè)量結(jié)束后容易發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)不合格。數(shù)據(jù)采集動(dòng)態(tài)顯示模塊的前面板。（3）證書和原始記錄生成模塊。自動(dòng)生成證書和原始記錄，給計(jì)量員的工作帶來極大的便利，而且消除了人為操作易產(chǎn)生的出錯(cuò)，解放了勞動(dòng)力。計(jì)量員只需在證書生成模塊的前面板輸入相關(guān)的儀器信息和校準(zhǔn)信息，校準(zhǔn)項(xiàng)目，選擇相應(yīng)的證書摸板，程序即可自動(dòng)生成相應(yīng)的校準(zhǔn)證書和原始記錄。證書模塊的前面板。

1. 自動(dòng)化檢測(cè)儀表在壓力表校準(zhǔn)方面的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)也得到了很大的發(fā)展，特大型冶金制造企業(yè)各工序都是連續(xù)性銜接作業(yè)，往往造成許多現(xiàn)場(chǎng)壓力儀表雖到檢定周期，卻由于不能停產(chǎn)也就不能從作業(yè)。壓力儀表的工作原理是彈簧管在壓力或真空作用下產(chǎn)生彈性變形引起管端位移，其位移通過機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行放大后再傳遞給指示裝置，可在刻有法定計(jì)量單位的分度盤上讀出指針?biāo)甘镜谋粶y(cè)壓力值或真空量值。

1.1 在線校準(zhǔn)預(yù)期。（1）目的：實(shí)施在線校準(zhǔn)適應(yīng)生產(chǎn)流程計(jì)量需求，降低外送檢費(fèi)用；（2）校準(zhǔn)儀表范圍：本企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)在用壓力儀表；（3）校準(zhǔn)范圍：0～100Mpa；（4）校準(zhǔn)對(duì)比準(zhǔn)確度：1.5%～1.6% ；（5）預(yù)期目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)在線壓力儀表的受控、有效；（6）校準(zhǔn)方案種類：a. 理想型校準(zhǔn)比對(duì)；b. 實(shí)用型校準(zhǔn)比對(duì)。

1.2 材料準(zhǔn)備。（1）專用管道打孔器；（2）符合現(xiàn)場(chǎng)壓力儀表準(zhǔn)確度及量程的數(shù)塊相應(yīng)受控有效標(biāo)準(zhǔn)表；（3）校準(zhǔn)比對(duì)記錄。

1.3 在線校準(zhǔn)比對(duì)方案。包括兩個(gè)方面：一是實(shí)用型對(duì)壓力儀表的校準(zhǔn)比對(duì)。（1）在同一管道上：在距擬被校準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)壓力儀表的適當(dāng)范圍內(nèi)，用專用管道打孔器引出導(dǎo)壓管路，在導(dǎo)壓管路中間安置一截止閥（截止閥處于關(guān)閉狀態(tài)），截止閥后的接口處安裝壓力變送器與擬被校準(zhǔn)儀表同規(guī)格的受控有效標(biāo)準(zhǔn)壓力表；（2）緩慢開啟截止閥至全開，待管道內(nèi)流體介質(zhì)充分進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)表內(nèi)數(shù)分鐘后，分別讀取兩塊表的指示值；（3）填寫校準(zhǔn)比對(duì)記錄。二是理想型對(duì)壓力儀表的校準(zhǔn)比對(duì)，比如說可以自制一臺(tái)流動(dòng)簡(jiǎn)易“壓力校驗(yàn)臺(tái)”，這方面主要包括：（1）在流體介質(zhì)管道上，關(guān)閉在用的現(xiàn)場(chǎng)壓力儀表的“截止閥1”；（2）在截止閥后適當(dāng)延長導(dǎo)壓管路；（3）在延長導(dǎo)壓管路上安裝一只三通；（4）三通的直管口的接口處安裝在用的指示為零的壓力儀表；（5）三通的丁字管口的接口處新安裝“截止閥2”；（6）在“截止閥2”后接壓力“專用校驗(yàn)管”至簡(jiǎn)易流動(dòng)“壓力校驗(yàn)臺(tái)”上預(yù)置的“專用校驗(yàn)管接口”；（7）“壓力校驗(yàn)臺(tái)”上還預(yù)置有受控、有效的相應(yīng)型號(hào)規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)壓力表；（8）檢查無遺漏后，逐一緩慢開啟截止閥1、截止閥2至全開；數(shù)分鐘后，分別讀取兩塊表的指示值；（9）填寫校準(zhǔn)比對(duì)記錄。

1.4 經(jīng)驗(yàn)。認(rèn)真做好巡回檢查工作儀表工一般都有自己所轄儀表的巡檢范圍，根據(jù)所轄儀表分布情況，選定最佳巡檢路線，每天至少巡檢兩次。巡回檢查時(shí)，要關(guān)閉氣源，并松開過濾器減壓閥接頭。拆卸環(huán)室孔板時(shí)，注意孔板方向，一是檢查以前是否有裝反，二是為了再安裝時(shí)正確。由于直管段的要求，工藝管道支架可能少，要防止工藝管道一端下沉，給安裝孔板環(huán)室?guī)砝щy。拆卸的儀表其位號(hào)要放在明顯處，安裝時(shí)對(duì)號(hào)入座，防止同類儀表由于量程不同安裝混淆，造成儀表故障；帶有聯(lián)鎖的儀表，切換置手動(dòng)然后再拆卸；儀表一次開車成功或開車順利，說明儀表檢修質(zhì)量高，開車準(zhǔn)備工作做得好。反之，儀表工就會(huì)在工藝開車過程中手忙腳亂，有的難以應(yīng)付，甚至直接影響工藝生產(chǎn)。

2. 自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

自動(dòng)化檢測(cè)儀表是自控系統(tǒng)中關(guān)鍵的子系統(tǒng)之一。一般的自動(dòng)化檢測(cè)儀表主要由三個(gè)部分組成：（1）傳感器，利用各種信號(hào)檢測(cè)被測(cè)模擬量；（2）變送器，將傳感器所測(cè)量的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?～20 mA的電流信號(hào)，并送到可編程序控制器（PLC）中；（3）顯示器，將測(cè)量結(jié)果直觀地顯示出來，提供結(jié)果。這三個(gè)部分有機(jī)地結(jié)合在一起，缺少其中的任何一部分，則不能稱為完整的儀表。自動(dòng)化檢測(cè)儀表以其測(cè)量精確、顯示清晰、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，而且自動(dòng)化檢測(cè)儀表內(nèi)部具有與微機(jī)的接口，更是自動(dòng)化控制系統(tǒng)中重要的部分，被稱為自動(dòng)化控制系統(tǒng)的眼睛。如今的測(cè)試工程師們面臨著一系列新的壓力。他們所面臨的產(chǎn)品設(shè)計(jì)比前幾代更為復(fù)雜；為了保持競(jìng)爭(zhēng)力并滿足客戶要求，開發(fā)周期要求越來越短 ；產(chǎn)品測(cè)試成本越來越高，而預(yù)算越來越少。

2.1 不斷提高的設(shè)計(jì)復(fù)雜性。如今，測(cè)試測(cè)量的最明顯趨勢(shì)是器件復(fù)雜性不斷增加。例如，消費(fèi)電子、通信和半導(dǎo)體工業(yè)持續(xù)要求將數(shù)字圖象/視頻、高保真音頻、無線通信和因特網(wǎng)互聯(lián)性集成到一個(gè)單獨(dú)產(chǎn)品中。甚至在汽車中都集成了復(fù)雜的汽車娛樂和信息系統(tǒng)、安全和早期預(yù)警系統(tǒng)，以及車身和發(fā)動(dòng)機(jī)上的控制電子裝備。測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅需要足夠靈活地支持對(duì)不同產(chǎn)品模型進(jìn)行廣泛的測(cè)試，還需要能夠進(jìn)行升級(jí)以提供新測(cè)試功能所需的更多測(cè)試點(diǎn)。

2.2 更短的產(chǎn)品開發(fā)周期。由于希望不斷提高新產(chǎn)品和技術(shù)，擁有市場(chǎng)第一個(gè)占有率的競(jìng)爭(zhēng)天性，設(shè)計(jì)和測(cè)試工程團(tuán)隊(duì)只能不斷的縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。

總之，只有設(shè)計(jì)出新的測(cè)試策略來減少測(cè)試時(shí)間，并提高從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的測(cè)試效率，才能更好的為企業(yè)服務(wù)，自動(dòng)化儀表才能發(fā)揮更大的效能。

參考文獻(xiàn)：

[1] 譚文壬：《工業(yè)自動(dòng)化儀表及其應(yīng)用》，《中國機(jī)械工程》，1983年03期.

[2]李昆：《淺析自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用》，《城市建設(shè)理論研究》， 2012年第7期.

作者簡(jiǎn)介：張弘弼（1970-），男，漢族，吉林通榆人，現(xiàn)任吉林黃梔花藥業(yè)有限公司車間主任，研究方向?yàn)檩p工工程、化工儀表及機(jī)械設(shè)備檢修。

（作者單位：吉林黃梔花藥業(yè)有限公司）