工業(yè)電氣自動(dòng)化儀器儀表控制探討

趙云鵬

（大慶油田自動(dòng)化儀表有限公司，黑龍江 大慶 163000）

很多工業(yè)領(lǐng)域都離不開電氣自動(dòng)化技術(shù)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，不斷地向著信息化和智能化方向發(fā)展，很多自動(dòng)化技術(shù)都與計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)有著密切的關(guān)系。工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，推進(jìn)了企業(yè)管理方式的創(chuàng)新，隨著新技術(shù)的不斷應(yīng)用，也促進(jìn)了自動(dòng)化技術(shù)的更新。

1 電氣儀器儀表技術(shù)

（1）系統(tǒng)集成技術(shù)。作為工業(yè)自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)之一的系統(tǒng)集成技術(shù)，重點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)通訊模塊單元、物理層的電氣元器件的配置和系統(tǒng)分析等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以更便捷地對(duì)每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。與此同時(shí)，該技術(shù)多是針對(duì)規(guī)模較大的生產(chǎn)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以促進(jìn)生產(chǎn)效率的提升，控制好企業(yè)生產(chǎn)成本，促進(jìn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益提升。

（2）傳感技術(shù)。對(duì)控制對(duì)象的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和信號(hào)傳送是傳感技術(shù)需要解決的問題，所以該技術(shù)多應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)的信號(hào)監(jiān)測(cè)和控制，可以給主控制系統(tǒng)提供判斷和分析的數(shù)據(jù)，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化必不可少的重要技術(shù)之一。

（3）智能技術(shù)。該技術(shù)也可稱作為智能控制技術(shù)，在儀器儀表方面得到了大范圍的應(yīng)用，可以提高測(cè)量控制系統(tǒng)工作效率，實(shí)現(xiàn)與信息技術(shù)的有效結(jié)合，在具體運(yùn)用該技術(shù)時(shí)應(yīng)該對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)要求進(jìn)行全面的考慮，從而優(yōu)選出更加適宜的智能設(shè)施和控制方法。

（4）人機(jī)界面技術(shù)。工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用需要加強(qiáng)對(duì)人機(jī)界面設(shè)計(jì)和研究，應(yīng)該根據(jù)控制對(duì)象和使用環(huán)境具體情況，選擇適應(yīng)性的硬件。同時(shí)，根據(jù)控制系統(tǒng)對(duì)于控制的要求，設(shè)計(jì)好操作界面和上位機(jī)控制程序，做好生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的處理和分析，根據(jù)需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和傳送。對(duì)人機(jī)界面功能進(jìn)行完善，操作人員使用起來才會(huì)更加便利，有利于對(duì)系統(tǒng)控制對(duì)象的調(diào)整和控制。人機(jī)界面?zhèn)鞒隹刂浦噶詈?，通過信號(hào)傳輸通道對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行操控，從而達(dá)到生產(chǎn)的要求。還應(yīng)該做好人機(jī)界面的后期維護(hù)和升級(jí)，對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行備份。

2 工業(yè)電氣自動(dòng)化儀器儀表控制系統(tǒng)的組成

（1）PLC 控制模塊。工業(yè)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)由多個(gè)部件組成，PLC 是重要的控制模塊，是整套控制系統(tǒng)的下位機(jī)，連接傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和人機(jī)界面系統(tǒng)，如果此控制模塊出現(xiàn)問題，控制系統(tǒng)會(huì)面臨癱瘓的風(fēng)險(xiǎn)。做好控制信號(hào)的屏蔽，避免由于受到電磁信號(hào)的影響出現(xiàn)信號(hào)失真的問題，執(zhí)行機(jī)構(gòu)便不會(huì)按著設(shè)計(jì)好程序進(jìn)行動(dòng)作，嚴(yán)重情況下還會(huì)引發(fā)事故。必須保證每個(gè)所選的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的質(zhì)量，安裝前應(yīng)該進(jìn)行質(zhì)量檢查，關(guān)鍵件可以送到檢測(cè)機(jī)構(gòu)再次驗(yàn)證質(zhì)量。在PLC 模塊正常運(yùn)行時(shí)，還應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)電氣元件的檢查，保證電氣元件可以正常運(yùn)行，如果出現(xiàn)故障及時(shí)進(jìn)行維修和更換。

（2）通訊模塊。工業(yè)電氣自動(dòng)化儀器儀表離不開運(yùn)行信號(hào)和采集數(shù)據(jù)的傳送，通訊功能模塊承擔(dān)著整個(gè)控制系統(tǒng)的信息傳送和接收任務(wù)。通訊模塊與傳感器、人機(jī)界面設(shè)備間的信號(hào)傳送多采用串口、CAN 口或以太網(wǎng)口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須保證相互間通訊協(xié)議的一致性，避免后數(shù)據(jù)交互時(shí)產(chǎn)生困難。當(dāng)前，工業(yè)控制多采用以太網(wǎng)通信端口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，采用TCP/IP 通信協(xié)議，在企業(yè)內(nèi)部組建局域網(wǎng)絡(luò)，避免通信模塊占用過多的資源和設(shè)備，還可以保證數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)的穩(wěn)定性和精準(zhǔn)性，實(shí)現(xiàn)全天候的信號(hào)傳輸，還可以利用光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，可以有效地減少數(shù)據(jù)傳輸過程中的出現(xiàn)錯(cuò)誤的可能性，防止外界對(duì)信號(hào)產(chǎn)生的干擾。

（3）中央控制模塊。中央控制單元多采用微機(jī)技術(shù)，由于計(jì)算機(jī)可以集中多個(gè)控制端口，可以和多種設(shè)備進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)不同的控制任務(wù)，可以根據(jù)控制工藝的要求，選擇數(shù)據(jù)處理精度和運(yùn)行速度滿足應(yīng)用情況的高性能計(jì)算機(jī)，可以有效地提高控制系統(tǒng)的運(yùn)行效率，方便工作人員進(jìn)行操作。計(jì)算機(jī)的監(jiān)控界面可以采用組態(tài)軟件、VB 或VC 語言進(jìn)行編寫，采用與下位機(jī)PLC 相同的通訊協(xié)議，并開發(fā)滿足控制系統(tǒng)要求的應(yīng)用程序，從而實(shí)現(xiàn)與PLC 之間的數(shù)據(jù)交互，可以分擔(dān)通信網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載，各種設(shè)備的運(yùn)行情況可以在人機(jī)界面中實(shí)時(shí)的顯示出來，工作人員可以根據(jù)控制要求，在人機(jī)界面上設(shè)置工藝參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的集中控制。

3 工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)理念及工作流程

（1）控制系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)思想。針對(duì)工業(yè)自動(dòng)化集中控制來說，應(yīng)該把控制系統(tǒng)中的所有功能和作用都進(jìn)行匯總，讓它都集中到同一個(gè)處理器進(jìn)行控制和操作，工作人員可以方便的進(jìn)行管理和操作，控制的對(duì)象和采集的數(shù)據(jù)比較多，而且需要對(duì)重要信息資料進(jìn)地存儲(chǔ)和保護(hù)，控制系統(tǒng)會(huì)存在運(yùn)行速度變慢的現(xiàn)象。同時(shí)受到多種因素的影響，控制系統(tǒng)的可靠性很難得到有效保證。隨著互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)、微處理器的性能的不斷進(jìn)步，有效地保證了控制系統(tǒng)的性能要求，把傳感器采集到數(shù)據(jù)信號(hào)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號(hào)都可以采用通信電纜共同傳輸，組網(wǎng)的性能得到了大幅提升，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性得到了保證，極大地減小了系統(tǒng)出現(xiàn)故障的可能性?？梢岳脽o線傳感器技術(shù)組建遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，由于多種設(shè)備的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生電磁干擾問題，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)無線控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該注重對(duì)于關(guān)鍵控制節(jié)點(diǎn)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，從而保證無線控制系統(tǒng)性能可以滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）對(duì)控制系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的分析。計(jì)算機(jī)輸出控制數(shù)據(jù)信息時(shí)，通訊管理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后傳送于通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，執(zhí)行設(shè)備便會(huì)接收該控制信號(hào)。前置設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)處理之后，可以把數(shù)據(jù)保存到相應(yīng)的存儲(chǔ)設(shè)備當(dāng)中，在WEB 服務(wù)器控制下，可以把數(shù)據(jù)信息發(fā)送到局域網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，工作人員就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享。而對(duì)于RTU 遠(yuǎn)程信號(hào)單元來說，遙測(cè)采集信號(hào)板會(huì)對(duì)每個(gè)設(shè)備的運(yùn)行信號(hào)實(shí)現(xiàn)采集，之后會(huì)利用模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，從而發(fā)送到中央控制單元當(dāng)中，把處理通過處理及時(shí)顯示到人機(jī)界面當(dāng)中，可以為工作人員進(jìn)行控制決策提供數(shù)據(jù)支持。

4 提高工業(yè)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)性能的措施

（1）實(shí)現(xiàn)智能控制和信息技術(shù)的結(jié)合。智能控制則取代了人為操作程序，不需要太多的工作人員，企業(yè)管理效率和生產(chǎn)效率會(huì)進(jìn)一步提升，自動(dòng)化儀器儀表技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行信號(hào)的采集，經(jīng)過通信網(wǎng)絡(luò)傳送到智能控制設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析和處理。該種控制環(huán)節(jié)都可以通過智能控制器來完成，實(shí)現(xiàn)了傳感技術(shù)、微電子等技術(shù)的融合，可以集中到智能化儀表當(dāng)中。在將來發(fā)展趨勢(shì)將把智能化控制和信息化控制實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的隔合，把PLC 控制、集中控制的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來。

（2）應(yīng)該加大科技研發(fā)資金投入力度，重視技術(shù)創(chuàng)新。創(chuàng)新，是一個(gè)國(guó)家和民族得到不斷壯大和發(fā)展的必然條件。創(chuàng)新需要一批高素質(zhì)的專業(yè)技術(shù)人才，利用先進(jìn)的科研設(shè)備不斷研發(fā)新的技術(shù)。在人才培養(yǎng)和先進(jìn)科研設(shè)備都需要投入大量的資金，企業(yè)在預(yù)算時(shí)應(yīng)該列出該部分的費(fèi)用，保證研發(fā)工作可以正常開展，工業(yè)自動(dòng)化儀器儀表控制技術(shù)具備的科技含量較高，很多新型的傳感器、控制器等的研制需要充足的資金給予支持，科研資金的中斷必然對(duì)研發(fā)工作產(chǎn)生影響，因此，應(yīng)該加大對(duì)科研資金的投入。

（3）加強(qiáng)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)建設(shè)。工業(yè)自動(dòng)化儀器儀表技術(shù)的開發(fā)需要應(yīng)用統(tǒng)一的開發(fā)平臺(tái)，對(duì)于工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有著重要的意義。采用開發(fā)平臺(tái)可以開發(fā)出滿足工控要求的系統(tǒng)，對(duì)于系統(tǒng)的測(cè)試和聯(lián)調(diào)都起到一定的促進(jìn)效果，有效減少控制設(shè)備的損耗率，發(fā)揮出控制設(shè)備的應(yīng)用效能，滿足企業(yè)對(duì)于工業(yè)控制的實(shí)際需求，根據(jù)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和客戶的具體要求，采取統(tǒng)一的方式把控制程序下載到PLC 控制器、嵌入式Windows CE 等軟件平臺(tái)中。

（4）自動(dòng)控制系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的通信接口。工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)得到成功運(yùn)行的關(guān)鍵還在于具有標(biāo)準(zhǔn)化的通信接口，可以有效地節(jié)省通訊信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)間和控制成本，可以與辦公自動(dòng)化系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享，方便的和企業(yè)的ERP 系統(tǒng)、MES 系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。PLC 控制器可以與計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)信息傳輸，與辦公環(huán)境共同采用標(biāo)準(zhǔn)的接口和通信協(xié)議，保證不同系統(tǒng)間的有效數(shù)據(jù)連接，是將來工業(yè)電氣自動(dòng)化的發(fā)展方向。

5 結(jié)語

當(dāng)前，信息技術(shù)快速發(fā)展進(jìn)步，工業(yè)電氣自動(dòng)化儀器儀表技術(shù)應(yīng)該緊跟時(shí)代發(fā)展的步伐，不斷對(duì)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐，把新技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，對(duì)于提高我國(guó)科學(xué)技術(shù)整體水平，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)，提高自主創(chuàng)新能力都具有十分重要的意義。新控制技術(shù)的不斷應(yīng)用，必將有效地提高生產(chǎn)效率，減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。