電氣自動化中應用儀器儀表控制技術

武德臣

（四川電力設計咨詢有限責任公司，四川 成都 610041）

0 引言

進入21 世紀以來，我國工業(yè)生產(chǎn)的自動化與智能化水平逐年提升，尤其是工業(yè)儀器儀表的自動化控制水平，已經(jīng)躍升到一個全新的高度。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，各種大型生產(chǎn)設備在儀器儀表的自動化監(jiān)測與控制下，不僅提高了生產(chǎn)作業(yè)效率，而且在延長設備使用壽命方面也發(fā)揮著至關重要的作用?；诖耍疚闹饕槍ψ詣踊瘍x器儀表展開深入探析，重點針對自動化控制技術的應用予以詳細闡述，尋找到切實可行的應用之策，以期使得儀器儀表的自動化水平大幅提升。

1 電氣自動化儀器儀表控制技術

電氣自動化儀器儀表控制技術的功能。電氣自動化儀器儀表的控制技術是許多領域中必不可少的，其主要功能涉及兩個方面。

（1）電氣自動化儀器儀表控制在工業(yè)生產(chǎn)中是一項基礎工作，各項電氣設備的運行狀態(tài)會影響到工業(yè)生產(chǎn)的質量，而設備運行不穩(wěn)時可能會由于電流過大或是高壓引起的，進而導致設備出現(xiàn)故障，影響到生產(chǎn)工作，也會直接造成經(jīng)濟損失，而儀器儀表可以對這些電氣設備起到保護功能，有效降低的設備出現(xiàn)故障的概率，維持穩(wěn)定生產(chǎn)[1]。

（2）電氣自動化儀器儀表控制技術有著強大的監(jiān)督功能，能夠實現(xiàn)智能監(jiān)控，其核心基礎是傳感器，通過發(fā)送信號來充分掌握生產(chǎn)環(huán)境，若是信號在半路受到阻礙，則說明存在異常，這時系統(tǒng)會發(fā)出警報，以免引發(fā)出安全事故。此外，儀器儀表控制技術可以掌握各電氣設備的精確數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行整合測算，為生產(chǎn)決策提供有力數(shù)據(jù)支持。

2 儀器儀表自動化控制優(yōu)勢

現(xiàn)階段，我國的工業(yè)生產(chǎn)水平明顯提升，儀器儀表具有的自動化水平也提高很多，通過其能夠使得數(shù)據(jù)處理順利完成，而且監(jiān)測精度也可得到切實保證。對儀器儀表自動化控制加以分析可知，其具有的優(yōu)勢集中在以下3 點。

（1）存儲功能明顯增強。在當下的工業(yè)市場中，自動化儀器儀表的類型較多，大部分均具有數(shù)據(jù)存儲功能，而且數(shù)據(jù)的完整性也可得到保證。自動化儀器儀表可以對存儲功能進行優(yōu)化，并能夠一直處于良好的工作狀態(tài)，這樣就可保證后續(xù)工作能夠順利展開[2]。

（2）計算、處理等方面的能力會得到增強。從自動化儀器儀表應用的實際情況來看，對計算機技術加以運用可以使得數(shù)據(jù)處理有序展開，而且能夠保證計算效率大幅提高，而且精確度達到標準要求。

（3）程序設計能夠得到有效拓展。對自動化儀器儀表予以分析可知，在整個操作系統(tǒng)中最為關鍵的是軟件處理計算，這個環(huán)節(jié)通常選擇的是邏輯設計方式，如此可以保證軟件編程操作更加的便捷，可使得產(chǎn)業(yè)漏洞切實消除[3]。在認知、操作等方面的水平得到大幅提升后，自動化儀器儀表的發(fā)展速度也明顯加快，而且可以將生產(chǎn)成本控制在合理范圍內(nèi)，使得儀器儀表能夠在更大范圍內(nèi)得到運用。

3 儀器儀表控制技術的類型

3.1 系統(tǒng)集成技術

系統(tǒng)集成技術是微電子時代的標志性技術，這項技術將過去一些分散的元器件集合到一起，而功能性則表現(xiàn)得越加強大，尤其在儀器儀表的中樞系統(tǒng)當中，通過設置通信模塊、系統(tǒng)解析模塊以及物理層等集成單元，使儀器儀表的監(jiān)測精度與靈敏度大幅提升。運用該技術，儀器儀表能夠對每道生產(chǎn)工序進行實時監(jiān)測與動態(tài)監(jiān)測，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)溫度異常、壓力異?；蛘哌\行故障，儀器儀表將快速做出反應，以規(guī)避因設備故障而造成的經(jīng)濟損失[4]。因此，儀器儀表的系統(tǒng)集成技術實際上在促進生產(chǎn)效率提升，降低生產(chǎn)成本方面表現(xiàn)得更加明顯。

3.2 智能化技術

儀器儀表自動化控制集合了計算機技術、微電子技術、數(shù)字技術、人工智能技術等一些高端技術類型，因此，儀器儀表在正常工作狀態(tài)下，借助于這些智能化技術，能夠精準高效地完成監(jiān)測與檢測任務。尤其在機械制造領域，利用先進的智能化技術，儀器儀表可以對各種零部件的加工精度進行精準識別，一旦加工精度與標準要求出現(xiàn)較大的誤差，系統(tǒng)將第一時間把各項數(shù)據(jù)參數(shù)反饋給終端操作平臺，技術人員通過對反饋數(shù)據(jù)的分析，能夠及時對錯誤的運行程序進行糾正，進而使整個生產(chǎn)過程能夠始終保持正常狀態(tài)[5]。

3.3 人機界面交互技術

人機界面交互技術實際上是將運行程序轉化為通俗易懂的信息，以便于技術人員能夠快速讀懂信息內(nèi)容，進而對儀器儀表進行有效控制。這種技術主要借助于系統(tǒng)當中的各個功能模塊，每一個模塊所發(fā)揮的作用各不相同，因此，傳輸?shù)男盘柵c程序指令也存在較大差異。這時，利用人機界面交互技術，系統(tǒng)可以對傳輸信號進行智能化處理，進而將其轉化成為可視化信號，然后在終端操作平臺顯示出來，平臺操作人員可以根據(jù)這些簡單易懂的文字、圖形與數(shù)據(jù)準確判斷出設備的運轉狀態(tài)是否正常，并可以同步了解和掌握各種設備的實際運轉狀況。如果從終端顯示界面上發(fā)現(xiàn)設備運轉存在異常情況，操作人員將及時把信息反饋給技術人員，并對故障類型與部位進行分析查找，進而在短時間內(nèi)排除故障隱患。

3.4 傳感檢測技術

傳感器作為一種智能化、數(shù)字化、微型化、多功能化的檢測裝置，在工業(yè)儀器儀表的監(jiān)測過程中發(fā)揮著關鍵性作用。一方面，傳感器可以將系統(tǒng)采集的信號與數(shù)據(jù)轉換成為電信號，然后直接傳輸?shù)焦δ軋?zhí)行單元，進而完成信息的存儲、處理、顯示與控制功能。另一方面，利用傳感檢測技術可以快速查找出設備運行過程中存在的故障與問題，并準確識別出故障區(qū)域，這就給設備檢修爭取了大量時間[6]。目前，工業(yè)儀器儀表中的傳感器主要包括兩種類型，一種是參量型傳感器，另一種是發(fā)電型傳感器，參量型傳感器主要輸出電阻、電感、電容等無源電參量，而發(fā)電型傳感器則輸出電壓或者電流，最具代表性的是熱電偶傳感器、光電傳感器以及磁電傳感器，傳感器檢測系統(tǒng)結構如圖1 所示。

圖1 傳感器檢測系統(tǒng)結構

4 電氣自動化控制技術在儀器儀表中的應用

在進入21 世紀后，相關的研究工作更為深入，現(xiàn)場總線技術呈現(xiàn)出較快的發(fā)展趨勢，然而從應用的現(xiàn)狀來看，理論、實踐均不是十分成熟，因而在當下必須要加強研究工作。

4.1 儀器儀表性能構造改進

在對自動化控制技術加以實際應用時，必須要保證儀器儀表具有良好的功能?，F(xiàn)階段，軟件、硬件設備的智能化水平大幅提高，這樣可以使得測量的速率、功能有明顯的提升，實際性能也會得到增強。在儀器儀表中對自動化控制技術予以應用的過程中，嵌入智能化算法、智能化算法較為常見，比方說，對遺傳算法予以運用能夠使得生產(chǎn)速率有明顯提升，而且性能優(yōu)勢也能夠真正展現(xiàn)出來。另外來說，對模糊控制算法加以運用可以對處于獨立狀態(tài)的兩個系統(tǒng)展開控制，并可保證兩者能夠真正結合起來。比方說，青海鹽湖工業(yè)股份有限公司對全新的DCS 系統(tǒng)加以應用可以使得控制單位真正集合起來，如此一來，儀器儀表的使用就會更加安全，并保證資源能夠滿足實際需要。為了使得實際應用效果更為理想，企業(yè)還要針對控制模式進行更新，也就是將DCS 系統(tǒng)作為基礎，將更為先進的儀表、技術予以應用，如此可以使得自動化控制模式能夠真正得到更新，進而給企業(yè)發(fā)展注入強勁的發(fā)展動力。將自動化控制技術加以合理應用可以完成離線功能的計算，這樣就可獲得相關的數(shù)據(jù)，進而對設備展開控制，在現(xiàn)場完成設備調試工作，并處理好各項數(shù)據(jù)，這樣一來，企業(yè)發(fā)展就會更為穩(wěn)健。

4.2 制訂周期性維護計劃

工業(yè)儀器儀表屬于精密型的監(jiān)測設施，而且系統(tǒng)內(nèi)部由大量的靈敏性元器件組成，受到工業(yè)生產(chǎn)惡劣作業(yè)環(huán)境與條件的影響，儀器儀表的持續(xù)運轉時間長，外界施加的不利因素多，以至于給儀器儀表的使用壽命造成嚴重影響。因此，為了提高儀器儀表的監(jiān)測精度，延長儀表的使用壽命，技術人員針對不同類型的儀表，應當制訂一個周期性維護保養(yǎng)計劃，對儀表在一個生命周期內(nèi)的運行狀況予以監(jiān)測和記錄。首先，需要深入了解各種儀表的結構組成與工作原理，然后對儀表所處的外部環(huán)境進行統(tǒng)計記錄。比如高溫環(huán)境、高濕環(huán)境、高壓環(huán)境或者粉塵濃度大的環(huán)境等，接下來，結合儀表的故障類型，及時查找出故障誘因，以針對性地采取維修或者維護措施。另外，儀表每一個生命周期的運行參數(shù)都存在較大差異，技術人員應當對每一個運行周期的運行狀態(tài)參數(shù)進行詳細記錄，比如溫度參數(shù)、壓力參數(shù)、液位高度等，這樣可以為日常維護保養(yǎng)提供更加有力的參考依據(jù)，而且也是延長儀表使用壽命的有效路徑。

4.3 虛擬儀器構造設計

在經(jīng)濟全球化發(fā)展速度持續(xù)加快之際，國內(nèi)的一些企業(yè)所要面對的競爭壓力明顯加大，這就要求生產(chǎn)設備、產(chǎn)品性能必須要提高智能化水平。對于生產(chǎn)廠家來說，要對儀器儀表的開發(fā)加以重視，對自動化控制技術加以充分利用，這樣可以保證虛擬儀器的設計順利完成。此種儀器通過源代碼來實現(xiàn)運行目的，用戶獲得源代碼之后就能夠保證儀器驅動目的切實達成。

在自動化儀表當中可對虛擬儀器加以靈活運用，如此就可保證工作效率明顯提高。部分廠家已經(jīng)針對驅動軟件提出了新的管理標準，制定的基礎則是VXI總線驅動器管理標準，只是將相關的優(yōu)化措施、升級措施加入其中，但這樣可以保證用戶操作更加簡單。對規(guī)范進行優(yōu)化、升級之后可以使得用戶開發(fā)力度進一步加強，運行效率也會有明顯提升。若想保證程序軟件能夠得到充分的利用，必須要通過有效途徑來提高驅動設備性能，為了使得儀器儀表能夠得到更為靈活地運用，則要將運行系統(tǒng)予以適當優(yōu)化，確保運行效率有明顯的提升，這樣方可保證驅動設備能夠一直保持良好的運行狀態(tài)。隨著自動化儀器儀表技術的發(fā)展速度持續(xù)加快之際，人機交互目標能夠切實達成，而且虛擬體驗也可真正得到優(yōu)化，通過自動化儀表就可使得智能代碼自動生成，利用代碼就可保證信號傳遞、分析順利達成。采用此種操作方式可以使得自動化儀表更具實用性，運行體系代碼可以真正統(tǒng)一起來，如此就可保證工作效率大幅提高。在對設備進行管理時，可對智能化儀器儀表加以應用，這樣只需要利用終端設備就能夠對其運行的實際情況進行檢測，進而保證監(jiān)管真正做到全方位。在系統(tǒng)運行的過程中，如果發(fā)生故障的話，電信號必然改變，這個時候就會出現(xiàn)錯誤代碼，警報也會在第一時間發(fā)出，這樣一來，用戶就可對故障范圍予以確定，進而選擇可行的措施予以解決。

4.4 儀器儀表網(wǎng)絡化運用

在儀器儀表當中對自動化控制技術加以實際應用時，網(wǎng)絡控制系統(tǒng)也是不可忽視的，簡單來說就是要保證其網(wǎng)絡化水平大幅提升。電子信息技術呈現(xiàn)出較快的發(fā)展趨勢，而且網(wǎng)絡技術水平也明顯提高，在工業(yè)生產(chǎn)中加以應用可以使得智能化、網(wǎng)絡化程度得到提高。在儀器儀表網(wǎng)絡化應用的狀態(tài)下，每個設備的優(yōu)勢技術也得到了最大程度的發(fā)揮，國家資源配置合理化，資源消耗問題得到了緩解，不僅符合國家制定的科學可持續(xù)化發(fā)展理念，也能夠降低企業(yè)發(fā)展成本，讓生產(chǎn)設備的表現(xiàn)性能得到優(yōu)化，從根本上提高設備的適應性。未來，儀表儀器會在自動化控制和應用中得到進一步發(fā)展。

5 結語

綜上所述，儀器儀表自動化控制技術給工業(yè)生產(chǎn)活動的高效展開提供了強大的技術支持，借此，工業(yè)生產(chǎn)可以充分利用儀器儀表自動化控制技術功能優(yōu)勢，在獲取真實確鑿的檢測結果的同時，使各類生產(chǎn)設備能夠始終保持在正常運轉狀態(tài)，進而為經(jīng)濟效益的持續(xù)增長與企業(yè)的長遠發(fā)展奠定堅實基礎。