淺析自動化控制技術在儀器儀表中的應用

鄭金亮

（遼寧華正工程設計有限公司，遼寧 沈陽 110000）

工業(yè)自動化水平的不斷提升，加快了新技術在工業(yè)生產(chǎn)中的普及應用，先進的自動化設備為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展奠定了重要基礎，進而促進了工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的快速擴大。反之，對自動化控制技術在工業(yè)生產(chǎn)中的深化應用提出了更高的要求。儀器儀表作為基礎性技術工具，其自動化水平直接關系到生產(chǎn)效能。因此，加強自動化控制技術在儀器儀表中的應用探究，提高技術應用水平和效率，對于推進工業(yè)生產(chǎn)進一步發(fā)展，維護我國現(xiàn)代化建設持續(xù)穩(wěn)步提升具有重要意義。

1 自動化儀器儀表及發(fā)展前景

儀器儀表是由大量的元件所構成的，自動化儀器儀表則是通過自動化技術，賦予其中各元件自動化能力，從而實現(xiàn)儀器儀表整體的自動化。在自動化一期中，主要包括傳感器、變送器以及顯示器三個模塊。其中，傳感器是進行自動化信號采集與控制部分，通過傳感器自動收集發(fā)出的信號，為以續(xù)運行奠定基礎；變送器負責對信號進行自動化分析與處理，對從傳感器中傳輸?shù)哪M信號進行處理后，得出相應的電信號；顯示器則主要負責傳達和表述結果，直觀展示出相應的測量結果。自動化儀表主要是指自動化元件組合系統(tǒng)，具備自動化技術設備功能。隨著自動化控制技術在儀器儀表中的應用范圍不斷擴大，市場中的自動化儀器儀表類型較多，并且應用行業(yè)領域廣泛，在國家電力、環(huán)境監(jiān)測等重點行業(yè)領域中均實現(xiàn)了重要應用。

儀器儀表本身就是工業(yè)生產(chǎn)的基礎性工具，設計專業(yè)領域眾多，包括基礎和應用各個科學領域中。在電力行業(yè)中，隨著國家電力網(wǎng)絡的鋪設范圍全面覆蓋，智能化電網(wǎng)建設水平不斷提高，對自動化儀器儀表實現(xiàn)電力監(jiān)控的需求也不斷上升；在環(huán)境監(jiān)測領域，自動化儀器儀表在環(huán)境質量監(jiān)控、污染源監(jiān)測等方面的應用效率非常高。由此可見，在當前時代發(fā)展背景下，儀器儀表自動化發(fā)展已經(jīng)成為我國工業(yè)快速發(fā)展下的必然趨勢，自動化儀器儀表逐漸成為一種剛性需求，為社會發(fā)展提供了強有力的動力支持和重要保障。

2 儀器儀表中的自動化控制技術

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，儀器儀表作為基礎技術工具，需要較高的精確度、分辨率和工作速度，確保機械設備的高效運行。在儀器儀表中應用自動化控制技術，主要目的就是為了最大地提升儀器儀表的精確度、分辨率及工作速度。具體來說，儀器儀表中的自動化控制技術主要為以下幾種。

（1）傳感技術。傳感技術為儀器儀表監(jiān)測技術水平的提升奠定了重要基礎。在儀器儀表中，數(shù)據(jù)信息是其實現(xiàn)控制目的的基礎，利用傳感技術，可以實現(xiàn)對信息數(shù)據(jù)的快速獲取，從而高效完成檢測。（2）系統(tǒng)集成技術。儀器儀表的自動化和控制性能，均直接受到系統(tǒng)集成的影響，尤其是在儀器儀表自動化控制中，該技術能夠將各個子系統(tǒng)有效連接，根據(jù)生產(chǎn)實際對物理層關系進行分析，并建立相應的通信模塊，實現(xiàn)具體工作實施。（3）智能控制技術。該技術是對儀器儀表的測控系統(tǒng)進行控制，通過監(jiān)控工具及設備，實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)機械設備運行的全面監(jiān)控監(jiān)測，從而確保設備運行的穩(wěn)定性。智能控制技術是自動化儀器儀表發(fā)展的核心關鍵技術。（4）人機界面技術。在儀器儀表操作過程中，良好的人機互動界面對操作人員操作有效性的影響也是非常大的。利用人機界面技術，能夠將操作人員與儀器儀表系統(tǒng)建立互動界面，從而有效提高操作人員進行系統(tǒng)操作與設備維護效率。

3 自動化控制技術在儀器儀表中的應用

3.1 優(yōu)化儀器儀表結構

實現(xiàn)儀器儀表結構的優(yōu)化，是提高自動化控制技術應用水平的關鍵內(nèi)容。首先，自動化控制技術促進了儀器儀表的快速發(fā)展。通過將智能化軟硬件與儀器儀表的有機結合，必然可以提高儀器儀表的性能與測量速度和效率，優(yōu)化其測量功能。例如，將智能算法包括神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法等，與儀器儀表相結合，其工作效率會得到大幅提升，對獲取數(shù)據(jù)信息的測算速度與準確度大大提升，實現(xiàn)儀器儀表的高效運行。其次，在獨立的儀器儀表系統(tǒng)中，結合應用微處理器和微控制器，在通過模糊算法進行控制。這種自動化控制技術的應用優(yōu)勢在于不受以往的數(shù)據(jù)模型的干擾，而是根據(jù)經(jīng)驗對規(guī)則內(nèi)容進行綜合，在通過離線計算以及現(xiàn)場的實際調(diào)試，從而實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的優(yōu)化分析及有效控制。

3.2 準確進行位置識別

自動化控制技術中，位置識別技術在儀器儀表中的應用，能夠實現(xiàn)借助儀器自身進行位置識別的目的。在位置識別技術應用中，包括內(nèi)部識別與外部識別技術，在識別設備位置過程中，需要運用回轉式傳感設備，根據(jù)位置配合完成對設備的內(nèi)部位置識別。在對內(nèi)部位置進行識別的前提下，數(shù)據(jù)檢測的有效性能夠大大提升，提高數(shù)據(jù)獲取及向電腦中傳輸?shù)男?，根?jù)設備位置變化進行相應的判斷，從而提高數(shù)據(jù)處理的有效性。同時，在外部設備位置識別中，可以利用基準點設備，通過電磁波、超聲波等進行判斷，最終獲取儀器儀表的具體位置。

3.3 設計虛擬儀器

在儀器儀表開發(fā)階段，自動化控制技術的應用主要是通過對虛擬儀器技術的應用進行設計開發(fā)。將儀器儀表中的關鍵信息，運用源代碼的形式展示出來并進行相應的解讀。在客戶購買儀器儀表設備后，生產(chǎn)廠家通過向客戶提供儀器儀表相應的源代碼，從而幫助客戶能夠根據(jù)其中的代碼信息，實現(xiàn)對虛擬儀器的驅動，從而實現(xiàn)自身生產(chǎn)對儀器儀表應用的實際要求?，F(xiàn)階段，虛擬儀器技術在自動化儀器儀表中的應用領域非常廣泛，呈現(xiàn)出非常高的適應性優(yōu)勢。同時，一些廠家開始立足客戶實際需求進行深入開發(fā)和完善，提高儀器儀表設備的運行效率，同時提升程序軟件的管理效率及靈活度，優(yōu)化系統(tǒng)結構。一是提高驅動設備的靈活性，大幅提升運行效率；二是在人機交互體驗中運用開發(fā)工具，促進智能化儀器驅動代碼產(chǎn)生，實現(xiàn)代碼統(tǒng)一，提高操作簡便快捷；三是運用智能化手段，對儀器運行進行自動監(jiān)測與識別，用戶可根據(jù)自身生產(chǎn)需求，通過智能化設備提高管理效率。在不同的場合，虛擬儀器設計還可以實現(xiàn)開發(fā)測試與實際運行不同模式之間的轉換。

3.4 實現(xiàn)群控協(xié)作

隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，在儀器儀表設備運行中，開始不斷向聯(lián)合運行的方向發(fā)展，從而對儀器儀表自動化控制水平提出了更好的要求。因此，在自動化控制技術應用中，實現(xiàn)儀器儀表的聯(lián)合運行，應當建立符合設備特點的相應檢測裝置，從而確保操作人員在實施聯(lián)合運行中，能夠實時監(jiān)測各個設備的運行情況，及時獲取設備運行的各項數(shù)據(jù)信息，并將其向控制中心進行自動傳輸，當數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行?，工作人員可通過電腦進行處理，最終實現(xiàn)設備運行方法的優(yōu)化，并將獲得的優(yōu)化指令數(shù)據(jù)信息向儀器儀表中傳輸，使其按照相應指令操作運行，有效提高生產(chǎn)效率。

3.5 儀器儀表網(wǎng)絡化

現(xiàn)階段，在儀器儀表應用自動化控制技術中，相關人員通過將儀器儀表與計算機連接在一起形成網(wǎng)絡，利用計算機信息技術的軟硬件功能，如神經(jīng)網(wǎng)絡自適應等，實現(xiàn)對各類型儀器儀表資源的有效整合，從而形成儀器儀表的網(wǎng)絡化、智能化應用?，F(xiàn)階段，儀器儀表與Web連接的形式已經(jīng)較為常見，其在各領域的廣泛應用，有效提高設備技術優(yōu)勢的發(fā)揮。例如，將萬用表等儀器儀表與網(wǎng)絡連接，可以實現(xiàn)識別模式與各類功能軟件的有機結合，并對儀器儀表功能進行有效區(qū)分，從而實現(xiàn)快速測量臨界值。此外，在自動化儀器儀表改進過程中，部分廠家利用網(wǎng)絡化使其傳統(tǒng)工作中的數(shù)據(jù)采集模式發(fā)生了轉變，從單獨數(shù)據(jù)采集轉變?yōu)榉植际綌?shù)據(jù)采集，從而更適應遠程操作要求，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)實時采集與監(jiān)控的需求。因此，儀器儀表網(wǎng)絡化有效提高了用戶控制能力，并可以對生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行有效監(jiān)測，數(shù)據(jù)采集能力也得到了大幅提升。

4 結語

自動化、智能化已經(jīng)成為未來社會發(fā)展的必然趨勢，各行業(yè)領域也必然隨之發(fā)生顛覆性變化。自動化控制技術在儀器儀表中的應用，有效改進了傳統(tǒng)儀器儀表方式，實現(xiàn)了自動化工作，提高了工作效率和工作質量。提高儀器儀表對自動化控制技術的應用水平，不斷實現(xiàn)儀器儀表設備功能及作用的創(chuàng)新發(fā)展，將是未來儀器儀表發(fā)展的主要方向。