儀器儀表中的自動化控制及應(yīng)用

張同君

（哈爾濱市松北供排水有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

0 引 言

目前，網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與人工智能技術(shù)的發(fā)展，帶動了傳統(tǒng)社會生產(chǎn)模式的變革。當前社會生產(chǎn)過程中，儀器儀表發(fā)揮著重要作用。分析國內(nèi)外生產(chǎn)的各種機械的發(fā)展情況發(fā)現(xiàn)，儀器儀表已表現(xiàn)出明顯的自動化發(fā)展趨勢。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，儀器儀表自動化可進一步強化生產(chǎn)能力，具有應(yīng)用和推廣價值。

1 儀器儀表自動化現(xiàn)狀

儀器儀表自動化又被稱為自動化儀表，是大數(shù)據(jù)信息技術(shù)與計算機技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。儀器儀表中包含著大量元件，在自動化技術(shù)的影響下，元件也具有了自動化能力[1]。目前，自動化儀表主要包括流量儀器表盤、溫度儀表盤及壓力儀表盤等。

1.1 構(gòu)成具體內(nèi)容概述

傳感器是自動儀器儀表的第一個功能區(qū)，其主要功能是采集信號，并控制各種功能單元。變送器的主要功能是分析各種傳感器的傳輸信號，處理各種功能單元，并將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。顯示器是接收電信號的關(guān)鍵，能將分析結(jié)果體現(xiàn)在儀表上，完成各種功能單元的輸出。

分析社會生產(chǎn)現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，自動化儀表已廣泛應(yīng)用于較多裝置，包括氣動調(diào)節(jié)裝置和電動調(diào)節(jié)裝置。此外，在石油化工、制造業(yè)及機械電子等行業(yè)，都可應(yīng)用自動化儀表。例如，通過電力自動化儀表直接與系統(tǒng)相連接，可快速收集電力用戶的信息資料。計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下，工作人員通過電網(wǎng)終端計算機，了解整個地區(qū)的用戶耗電量情況。環(huán)境保護工作中，通過自動化儀表可對水質(zhì)情況進行實時檢測，擺脫了傳統(tǒng)實驗室檢測的繁瑣，工作效率更高。

2 自動化儀表的發(fā)展現(xiàn)狀與特征

2.1 自動化儀表的發(fā)展現(xiàn)狀

自動化儀表在我國的發(fā)展時間較短，與其他地區(qū)相比尚處于發(fā)展階段。目前，我國政府為推動自動化技術(shù)的發(fā)展，在政策上給予了一定支持，因此我國自動化儀表的發(fā)展前景廣闊。

自動化儀表技術(shù)的應(yīng)用充分反映了未來社會生產(chǎn)的發(fā)展需求。分析相關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀可知，以高分子復(fù)合材料和納米管為代表的新型材料可被廣泛應(yīng)用于自動化儀表，進一步強化了儀器儀表的運行能力，且化學(xué)理論和濕敏原理等也彌補了傳統(tǒng)研究的不足[2]。隨著自動化儀表在社會生產(chǎn)中應(yīng)用范圍的進一步拓展，小型化和網(wǎng)絡(luò)化的儀表可更好地滿足社會要求。

2.2 自動化儀表的特征

與傳統(tǒng)工業(yè)儀表相比，自動化儀表具有明顯先進性，不僅制作工藝水平顯著提高，并且儀表分析和處理數(shù)據(jù)的精準度也有所改善。此外，自動化儀表具有數(shù)據(jù)存儲的優(yōu)點，采集數(shù)據(jù)后可直接上傳至網(wǎng)絡(luò)，當工作人員對數(shù)據(jù)產(chǎn)生需求時，可直接通過手機APP和電腦等查閱資料，提高了數(shù)據(jù)資料的應(yīng)用效率。

同時，自動化儀表具有更先進的數(shù)據(jù)處理能力，通過計算機內(nèi)部數(shù)據(jù)處理模塊，能在大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上精準分析各類數(shù)據(jù)。

2.3 儀器儀表中的自動化控制技術(shù)

未來儀器儀表將會朝著更高分辨率和儀器精度等方向發(fā)展。分析變化的應(yīng)用現(xiàn)狀可知，儀器儀表不僅可滿足設(shè)備的單一測量要求，而且能適應(yīng)整體系統(tǒng)特征的識別與分析；不但能接收和采集相關(guān)資料，還能處理、分析及監(jiān)測各種數(shù)據(jù)。隨著相關(guān)技術(shù)的進一步發(fā)展，自動化控制技術(shù)將在儀器儀表中得到更有效地應(yīng)用。

（1）傳感技術(shù)。目前，傳感技術(shù)是實現(xiàn)現(xiàn)代化監(jiān)測的基礎(chǔ)。使用自動化儀器儀表時，需輸入特定的信息規(guī)則。上述檢測信息還需借助傳感技術(shù)的支持。

（2）系統(tǒng)集成技術(shù)。系統(tǒng)集成技術(shù)是衡量儀器儀表性能的關(guān)鍵，直接影響自動化控制系統(tǒng)。目前，系統(tǒng)集成技術(shù)主要包括需求分析、配置模塊通信及應(yīng)用實施等。通過系統(tǒng)集成技術(shù)，可控制儀器儀表的運行過程。

（3）智能控制技術(shù)。該技術(shù)的關(guān)鍵是通過各種測控系統(tǒng)進行設(shè)備和生產(chǎn)的監(jiān)測，在確保設(shè)備和生產(chǎn)處于最佳運行狀態(tài)的基礎(chǔ)上，配合各種監(jiān)控工具和監(jiān)控設(shè)備來達到預(yù)期目標。

3 自動化控制技術(shù)在儀器儀表自動化中的應(yīng)用

分析相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用情況可知，自動化控制技術(shù)在儀器儀表中已得到充分利用，其功能顯著增強，不僅表現(xiàn)出了極強的適應(yīng)能力，而且增強了運行能力，提高了工作效率。

3.1 儀器儀表性能與結(jié)構(gòu)的改造

自動化控制技術(shù)能精準評價儀器儀表的運行能力。通過自動化控制技術(shù)，可實現(xiàn)儀器儀表硬件結(jié)構(gòu)與軟件的結(jié)合，生產(chǎn)出性能更高的儀器儀表智能化構(gòu)件，滿足未來社會生產(chǎn)的要求。同時，通過自動化控制技術(shù)，儀器儀表的計算功能和測量功能進一步增強，如數(shù)據(jù)處理的準確率和儀表轉(zhuǎn)速等，具有更強的數(shù)據(jù)處理能力。

同時，儀器儀表中也涉及了自動化智能算法和先進數(shù)據(jù)編輯方法等，如蟻群算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。利用這些先進技術(shù)和算法，彌補了傳統(tǒng)儀表在技術(shù)上的不足。

少部分自動化儀表中設(shè)置了微型處理器，通過微型處理器，遵照模糊控制算法的相關(guān)內(nèi)容，識別儀器儀表中的各種微控制單元等。例如，單片機中，微型控制單元就體現(xiàn)了自動化控制技術(shù)的先進性，出現(xiàn)故障后，可直接定位故障點，無需逐個檢查。

3.2 設(shè)計虛擬儀器

目前，儀器儀表的開發(fā)階段，需借助虛擬儀器的方法，通過源代碼的形式來展示和解讀儀器儀表中的關(guān)鍵信息。當客戶購買儀器儀表后，廠家直接將儀器的源代碼提供給客戶，確保用戶可直接根據(jù)源代碼反饋的信息完成虛擬儀器驅(qū)動，進而滿足自身生產(chǎn)要求。目前，虛擬儀器可在諸多自動化儀表中隨意使用，具有極強的適應(yīng)性。

此外，部分廠家推出了新的驅(qū)動軟件管理標準。這種標準是在VXI總線驅(qū)動器管理規(guī)范的基礎(chǔ)上形成的，并增加了不同的優(yōu)化措施與說明，方便用戶操作。利用該標準，虛擬儀器可開發(fā)新的潛在客戶。通過在自動化儀器中加入虛擬儀器，使儀器儀表具有更強的靈活性。分析當前的相關(guān)技術(shù)發(fā)展情況可知，自動化儀器儀表將會在多種信息化內(nèi)建環(huán)境中得到進一步完善與發(fā)展，并持續(xù)優(yōu)化自身的人機交互能力。生產(chǎn)中，基于虛擬儀器的自動化儀表操作將更加簡單，并可在Labwindows/CV15.0內(nèi)建環(huán)境中采用統(tǒng)一代碼符號，保證了工作效率。若儀器儀表系統(tǒng)在運行中出現(xiàn)故障，其電信號內(nèi)容會出現(xiàn)變化，虛擬儀器所能接收到的代碼數(shù)據(jù)隨之變化。當系統(tǒng)不能識別變化的信息后，將發(fā)出警報，便于工作人員可快速確定故障。

3.3 在儀器儀表網(wǎng)絡(luò)化中的應(yīng)用

目前，儀器儀表的應(yīng)用中，工作人員通常會將計算機與相應(yīng)的儀器儀表組建成網(wǎng)絡(luò)，并通過信息技術(shù)所具有的軟硬件功能（如模式識別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)等）對各種儀器儀表資源做整合。目前，在很多領(lǐng)域都有儀器儀表與Web連接的形式。例如，萬用表和示波器等自動化儀器儀表在連接網(wǎng)絡(luò)后，能將識別模式與不同功能軟件結(jié)合，并區(qū)分不同儀器儀表功能，最終在短時間內(nèi)測量臨界值。

文獻[3]指出，在自動化儀器儀表改進階段，一些企業(yè)開始通過網(wǎng)絡(luò)化模式轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)工作特征，從原本單獨數(shù)據(jù)采集的模式轉(zhuǎn)變?yōu)榉植际綌?shù)據(jù)采集的模式。這種轉(zhuǎn)變可更好地適應(yīng)遠程操作，滿足未來數(shù)據(jù)實時監(jiān)控和采集的要求。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，網(wǎng)絡(luò)化測量依托于自動化技術(shù)，能遵照系統(tǒng)確定規(guī)則完成各項工作。分析效果可知，這種改進不僅能實現(xiàn)用戶的實時控制，并且能檢測各個生產(chǎn)過程，具有更強的數(shù)據(jù)采集能力。

4 結(jié) 論

自動化技術(shù)在儀器儀表中具有理想的應(yīng)用價值。通過自動化技術(shù)可進一步強化儀器儀表的運行能力，滿足未來社會的生產(chǎn)要求，因此應(yīng)在更多地區(qū)推廣。