自動化控制技術(shù)在儀器儀表中的應(yīng)用

譚 陽

（北京中燕建設(shè)工程有限公司，北京 102400）

隨著工業(yè)自動化水平的逐漸提升，使得各類新技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用頻率越來越高，且應(yīng)用效果越來越顯著，各項(xiàng)先進(jìn)的自動化生產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)成為工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的基礎(chǔ)和重點(diǎn)。由此也使得自動化控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用要求更加嚴(yán)格和專業(yè)。在工業(yè)生產(chǎn)中，儀器儀表是各類工具中的基礎(chǔ)，儀器儀表的自動化水平不僅決定著工業(yè)自動化的水平，還直接影響著工業(yè)生產(chǎn)的整體效率與質(zhì)量。所以，積極開展自動化控制技術(shù)在儀器儀表中的應(yīng)用研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 自動化儀器儀表的相關(guān)簡述

1.1 自動化儀器儀表的概述及發(fā)展前景

自動化控制技術(shù)，主要是通過對現(xiàn)有的控制技術(shù)與信息技術(shù)進(jìn)行充分的融合，針對工業(yè)生產(chǎn)中的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行專業(yè)精準(zhǔn)的檢查與調(diào)整控制，由此保障生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量的顯著提升。儀器儀表主要由各類元件構(gòu)成，自動化儀器儀表則是在自動化控制技術(shù)的支持與保障下對儀器儀表中的各類元件賦予自動化控制的能力，實(shí)現(xiàn)儀器儀表自動化控制的目標(biāo)。自動化儀器儀表主要由三個模塊所組成，即傳感器，變送器以及顯示器。傳感器，主要是進(jìn)行自動化信息采集與控制的設(shè)備。傳感器通過對各項(xiàng)信號進(jìn)行自動收集與發(fā)出，從而為后期其他環(huán)節(jié)的運(yùn)行提供良好的基礎(chǔ)條件。變送器，主要作用是自動分析與處理各項(xiàng)信號，當(dāng)傳感器收集到信號之后，變送器則會對傳感器傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行專業(yè)的分析與處理，從而獲得電信號。顯示器，主要是對各類結(jié)果進(jìn)行精準(zhǔn)傳達(dá)與科學(xué)表述，由此確保測量結(jié)果得到更加直觀全面的展示。自動化儀器儀表，主要就是指以自動化元件為主而組合成的系統(tǒng)，所以具備了自動化技術(shù)設(shè)備的相關(guān)功能。

在我國的工業(yè)生產(chǎn)中，儀器儀表屬于各項(xiàng)工具中的基礎(chǔ)和重點(diǎn)，并且所涉及的專業(yè)領(lǐng)域較多。例如，在電力行業(yè)，受國家電力網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)范圍不斷擴(kuò)大的影響，使得我國的智能化電網(wǎng)建設(shè)水平獲得了顯著提升，那么對自動化儀器儀表的應(yīng)用要求也愈發(fā)嚴(yán)格。在環(huán)境監(jiān)測方面，現(xiàn)階段我國在環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)控方面、環(huán)境污染源的監(jiān)測方面都使用了自動化儀器儀表。所以，自動化儀器儀表不僅是我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，更是社會經(jīng)濟(jì)和諧發(fā)展的主要動力支持與基本保障[1]。

1.2 自動化儀器儀表的主要特點(diǎn)

同傳統(tǒng)型的工業(yè)儀表相比，自動化儀器儀表不僅顯著提升了制作技術(shù)，還提升了數(shù)據(jù)分析與處理的精準(zhǔn)度和準(zhǔn)確性。首先，自動化儀器儀表實(shí)現(xiàn)了可存儲目標(biāo)，將存儲設(shè)備安裝在儀器儀表的內(nèi)部，自動化儀器儀表所收集的各類數(shù)據(jù)信息則會自動保存在存儲設(shè)備中，如果存儲設(shè)備出現(xiàn)容量不足的現(xiàn)象，還能及時提醒工作人員進(jìn)行更換處理。而傳統(tǒng)型的儀器儀表設(shè)備則不具備這一功能。其次，自動化儀器儀表具有數(shù)據(jù)自動分析功能。傳統(tǒng)型的儀器儀表要開展數(shù)據(jù)分析處理，主要是利用人工計(jì)算的方式進(jìn)行，這樣不僅效率低，而且會消耗大量的人力資源，并且計(jì)算結(jié)果的精準(zhǔn)性也無法保障。而自動化儀器儀表，則能依托計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對各類數(shù)據(jù)信息的自動分析與處理，并且處理的精準(zhǔn)性較高，不需要投入較多的人力資源[2]。

1.3 自動化儀器儀表的應(yīng)用優(yōu)勢

1.3.1 具有更加科學(xué)合理的存儲功能

現(xiàn)階段所使用的自動化儀器儀表，大部分都已經(jīng)具有數(shù)據(jù)存儲與記錄的功能，并且這項(xiàng)功能不會受到時間因素的影響而出現(xiàn)數(shù)據(jù)殘缺或數(shù)據(jù)消失等情況。自動化儀器儀表不僅對存儲功能進(jìn)行了優(yōu)化，還對其具體工作狀態(tài)進(jìn)行了科學(xué)的完善處理，后期工作的開展便具有了更加有利的條件。

1.3.2 數(shù)據(jù)計(jì)算能力與處理能力得到顯著提升

自動化儀器儀表在計(jì)算機(jī)技術(shù)的保障下，針對數(shù)據(jù)的計(jì)算能力與處理能力得到了顯著的提升。即便是在高速運(yùn)作的環(huán)境下，自動化儀器儀表不僅能取得理想的數(shù)據(jù)處理效率，針對數(shù)據(jù)處理方面的精準(zhǔn)度也明顯高于傳統(tǒng)的儀器儀表處理技術(shù)。

1.3.3 程序設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的拓展性

在自動化儀器儀表中，其處理系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的則是計(jì)算機(jī)處理環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)主要是采用的邏輯設(shè)計(jì)方式，實(shí)現(xiàn)提升軟件編程操作效率的目標(biāo)，這不僅可以對產(chǎn)業(yè)漏洞進(jìn)行科學(xué)有效的修復(fù)處理，還能達(dá)到優(yōu)化操作的效果。在科學(xué)技術(shù)與人們認(rèn)知水平不斷提升的影響下，自動化儀器儀表的程序設(shè)計(jì)具有更強(qiáng)的拓展性，并且生產(chǎn)成本控制效果更加理想。

1.4 自動化儀器儀表的工作原理

1.4.1 集中監(jiān)測

在工業(yè)電氣自動化控制技術(shù)中，集中監(jiān)測是其關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過集中監(jiān)測，能夠確保系統(tǒng)中的各項(xiàng)功能得到統(tǒng)一的集合，在中心處理器中進(jìn)行科學(xué)有效的處理。與此同時，在其他監(jiān)控設(shè)備的科學(xué)配合之下，系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性能夠得到顯著的提升，并且還不會造成電子線路電能的過量消耗，所以整個系統(tǒng)的組成得到了優(yōu)化與完善，事故發(fā)生概率也得到了明顯的控制與降低。

1.4.2 遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控

在計(jì)算機(jī)技術(shù)與無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下，自動化儀器儀表能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控目標(biāo)，所以自動化儀器儀表的系統(tǒng)工作不會受到地域因素的干擾。并且這種遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控模式，能夠確保系統(tǒng)周圍的各項(xiàng)信息得到及時全面的采集與監(jiān)測，所以信息處理的精準(zhǔn)性更高。但是在無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)行過程中，技術(shù)人員要重視系統(tǒng)的安全保護(hù)與維修工作，由此才能確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。

2 儀器儀表中的自動化控制技術(shù)

2.1 傳感技術(shù)

要實(shí)現(xiàn)儀器儀表自動化控制的目標(biāo)，傳感技術(shù)是基礎(chǔ)和關(guān)鍵。儀器儀表自動化控制，需要以完善的數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ)，而利用傳感技術(shù)可精準(zhǔn)快速地獲取所需的信息，從而保障檢測工作的順利完成。

2.2 系統(tǒng)集成技術(shù)

儀器儀表的自動化控制性能與自動化性能主要是受系統(tǒng)集成技術(shù)的影響，尤其是儀器儀表的自動化性能。系統(tǒng)集成技術(shù)主要是將不同的子系統(tǒng)進(jìn)行集成連接處理，在充分結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)需求的基礎(chǔ)上對系統(tǒng)物理層面的關(guān)系進(jìn)行科學(xué)的分析，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行通信模塊的建立，從而實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)控制目標(biāo)。

2.3 智能控制技術(shù)

智能控制技術(shù)，主要是科學(xué)控制儀器儀表中的測控系統(tǒng)。在專業(yè)監(jiān)控工具與設(shè)備的保障下，智能控制技術(shù)能夠全面監(jiān)控與監(jiān)測工業(yè)生產(chǎn)中各類機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行情況，由此保障設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性與穩(wěn)定性。所以，智能控制技術(shù)是自動化儀器儀表中的基礎(chǔ)和 關(guān)鍵。

2.4 人機(jī)界面互動技術(shù)

人機(jī)界面互動技術(shù)是自動化儀器儀表的核心技術(shù)。技術(shù)人員通過對人機(jī)界面的合理設(shè)計(jì)與科學(xué)設(shè)置，當(dāng)操作指令下達(dá)時，指令會在專業(yè)的線路中進(jìn)行及時的傳輸，設(shè)備收到指令后便能開展全面操控，從而實(shí)現(xiàn)有序生產(chǎn)的目標(biāo)。在自動化儀器儀表的應(yīng)用過程中，利用人機(jī)界面互動技術(shù)，技術(shù)人員與儀器儀表系統(tǒng)之間能夠建立科學(xué)有效的互動界面，不僅能夠提升設(shè)備的操作效果，還能增強(qiáng)對設(shè)備的維護(hù)效率[3]。

3 自動化控制技術(shù)在儀器儀表中的具體應(yīng)用分析

3.1 儀器儀表結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面

要顯著提升自動化控制技術(shù)在儀器儀表中的應(yīng)用水平，其中最為基礎(chǔ)和關(guān)鍵的環(huán)節(jié)在于儀器儀表結(jié)構(gòu)的科學(xué)優(yōu)化?？茖W(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，促進(jìn)了自動化控制技術(shù)的優(yōu)化，為儀器儀表的快速發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)，將儀器儀表與智能化的軟件和硬件進(jìn)行科學(xué)的結(jié)合處理，能夠確保儀器儀表的性能得到顯著的提升，那么各類儀器儀表的測量速度與測量效率必將得到增強(qiáng)，同時儀器儀表的測量功能也將得到科學(xué)的優(yōu)化。例如，將智能算法與儀器儀表進(jìn)行科學(xué)融合，不僅能提升儀器儀表的工作效率，還能提升對數(shù)據(jù)的測算速度和測算精準(zhǔn)性，最終達(dá)到保障儀器儀表高效穩(wěn)定運(yùn)行的目標(biāo)。此外，將微處理器與微控制器應(yīng)用在獨(dú)立的儀器儀表系統(tǒng)之中，利用模糊算法進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的控制分析，能夠避免傳統(tǒng)型數(shù)據(jù)模型的干擾與影響，系統(tǒng)能夠結(jié)合過往經(jīng)驗(yàn)開展規(guī)則內(nèi)容的綜合與分析，并在離線計(jì)算方式與現(xiàn)場調(diào)試的工作干預(yù)下，對數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)化的分析與控制[4]。

3.2 虛擬儀器設(shè)計(jì)方面

自動化控制技術(shù)在儀器儀表開發(fā)環(huán)節(jié)的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在虛擬器技術(shù)的應(yīng)用設(shè)計(jì)與開發(fā)方面。通過對虛擬器進(jìn)行可視設(shè)計(jì)，能夠利用源代碼的形式精準(zhǔn)地展現(xiàn)儀器儀表中的關(guān)鍵信息，并且還能對其進(jìn)行針對性的解讀分析。當(dāng)儀器儀表被顧客所購買之后，儀器儀表的生產(chǎn)廠家只需要將相應(yīng)的源代碼提供給客戶，客戶便能夠獲取自身所購買設(shè)備的代碼信息，從而實(shí)現(xiàn)對虛擬儀器的有效驅(qū)動，引導(dǎo)儀器儀表滿足自身生產(chǎn)的各項(xiàng)要求。在自動化儀器儀表中，虛擬器技術(shù)的應(yīng)用范圍較為廣泛，并且在應(yīng)用的過程中還會體現(xiàn)出顯著的適應(yīng)性。

部分廠家通過調(diào)查客戶的實(shí)際需求，對虛擬器技術(shù)進(jìn)行不斷優(yōu)化與完善，儀器儀表的運(yùn)行效率得到了顯著提升，并且通過不斷調(diào)整與提升程序軟件的管理效率與靈活程度，自動化儀器儀表的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)得到了科學(xué)的優(yōu)化與完善，具體的優(yōu)化方式主要體現(xiàn)在以下方面：①對驅(qū)動設(shè)備的靈活性進(jìn)行科學(xué)提升，從而實(shí)現(xiàn)提高設(shè)備運(yùn)行效率的目標(biāo)。②將開發(fā)工具應(yīng)用在人機(jī)交互體系中，并在智能化技術(shù)的促進(jìn)作用下獲得驅(qū)動代碼，通過統(tǒng)一代碼而達(dá)到簡單快捷的操作目標(biāo)。③利用智能化技術(shù)自動檢測與識別儀器儀表的運(yùn)行狀態(tài)，用戶還可以結(jié)合自身的具體生產(chǎn)需求，借助智能化技術(shù)，針對不同場合下儀器儀表的運(yùn)行模式進(jìn)行科學(xué)轉(zhuǎn)換[5]。

3.3 位置識別方面

將自動化控制技術(shù)應(yīng)用在儀器儀表中，利用自動化控制技術(shù)中的位置識別技術(shù)，能夠精準(zhǔn)識別儀器儀表所在位置。位置識別技術(shù)，主要包括兩大方面，即內(nèi)部識別技術(shù)與外部識別技術(shù)。在進(jìn)行設(shè)備位置識別時，需要借助回轉(zhuǎn)式傳感設(shè)備的力量，在對位置精準(zhǔn)配合的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對設(shè)備內(nèi)部位置的系統(tǒng)分析與精準(zhǔn)識別。當(dāng)設(shè)備的內(nèi)部位置得到精準(zhǔn)識別時開展數(shù)據(jù)檢測，那么數(shù)據(jù)檢測的有效性必將得到顯著提升，各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息則能夠得到及時獲取與傳輸，系統(tǒng)能夠根據(jù)設(shè)備位置的具體變化情況進(jìn)行針對性的分析判斷，從而保障數(shù)據(jù)處理的精準(zhǔn)性。此外，針對外部設(shè)備位置的識別，則是利用基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)備、電磁波技術(shù)以及超聲波技術(shù)實(shí)現(xiàn)判斷目標(biāo)，由此確保儀器儀表的具體位置能夠得到精準(zhǔn)的分析與識別。

3.4 儀器儀表網(wǎng)絡(luò)化方面

將儀器儀表設(shè)備與電腦系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的組合，由此獲得網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，再借助計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，激發(fā)儀器儀表設(shè)備的作用與潛能，在各項(xiàng)功能相互配合與協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)儀器儀表各項(xiàng)優(yōu)勢的充分發(fā)揮。例如，對計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、示波裝置、萬能表等設(shè)備進(jìn)行科學(xué)的結(jié)合，再利用專業(yè)軟件精準(zhǔn)的分辨各種設(shè)備的具體功能與相關(guān)特征，同時精準(zhǔn)測量其中所具有的臨界值，從而以其特點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行劃分和分辨。此外，在數(shù)據(jù)技術(shù)的支持下獲取系統(tǒng)，并以此替代數(shù)據(jù)采集裝置，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下利用遠(yuǎn)程操控的方式開展數(shù)據(jù)的獲取與測量，確保后期數(shù)據(jù)的分類存儲具有良好的基礎(chǔ)環(huán)境。

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為環(huán)境測量工作提供了良好的技術(shù)支持，同時通過將電腦系統(tǒng)與自動化儀器儀表設(shè)備進(jìn)行科學(xué)的聯(lián)合，能夠精準(zhǔn)高效地完成各種任務(wù)。例如，當(dāng)數(shù)據(jù)信息被精準(zhǔn)獲取之后便能夠得到及時的傳輸，相關(guān)部門利用數(shù)據(jù)庫對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)收集與有效存儲，再利用互聯(lián)網(wǎng)與儀器儀表相結(jié)合的模式對這些信息資源進(jìn)行相應(yīng)的管理，為后期數(shù)據(jù)采集與分析管理提供有利的基礎(chǔ)條件[6]。

3.5 群控協(xié)作方面

受工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴(kuò)大的影響，使得儀器儀表設(shè)備的運(yùn)行要求逐漸提升?，F(xiàn)階段的儀器儀表設(shè)備逐漸向聯(lián)合運(yùn)行的趨勢發(fā)展，那么針對儀器儀表的自動化控制水平則具有更加專業(yè)嚴(yán)格的要求。為此，將自動化控制技術(shù)應(yīng)用在儀器儀表中開展聯(lián)合運(yùn)行時，首先需要結(jié)合設(shè)備的特點(diǎn)進(jìn)行裝置檢測工作，由此確保聯(lián)合運(yùn)行時各個設(shè)備的運(yùn)行情況均能夠得到精準(zhǔn)有效的監(jiān)測。其次，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息得到精準(zhǔn)獲取之后，再將這些信息自動傳輸?shù)娇刂浦行?，技術(shù)人員利用電腦系統(tǒng)對這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行專業(yè)處理，由此實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行方法，精準(zhǔn)傳輸指令信息，保障操作有序進(jìn)行的根本目標(biāo)[7]。

4 結(jié)束語

社會經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得自動化控制技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢體現(xiàn)得更加明顯。將自動化控制技術(shù)應(yīng)用在儀器儀表中，不僅能夠提升儀器儀表的運(yùn)行效率和運(yùn)行質(zhì)量，還能增強(qiáng)儀器儀表的自動化控制水 平。所以，要積極開展自動化控制技術(shù)在儀器儀表中的 應(yīng)用研究，充分發(fā)揮自動化儀器儀表的控制優(yōu)勢，由此才能保障工業(yè)產(chǎn)業(yè)與社會主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)的有序進(jìn)行。