儀器儀表中的自動化控制及應(yīng)用分析

張育鳴

摘要：近年來，我國的計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等高尖端技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了世界領(lǐng)先水平，在這一利好形勢下，工業(yè)電氣儀器儀表的自動化控制技術(shù)也逐漸形成了一個獨(dú)立的技術(shù)體系，并被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)全過程，對生產(chǎn)效率提升與經(jīng)濟(jì)效益增長均產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。因此，本文將圍繞儀器儀表中的自動化控制及實(shí)際應(yīng)用展開論述。

關(guān)鍵詞：工業(yè)生產(chǎn);儀器儀表;自動化控制;應(yīng)用分析

工業(yè)自動化儀器儀表具備智能化的神經(jīng)中樞，通過執(zhí)行各種類型的程序指令，能夠?qū)κ占母鞣N數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、篩選、處理，進(jìn)而對生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及生產(chǎn)流程進(jìn)行監(jiān)測。儀器儀表的自動化控制技術(shù)不僅使生產(chǎn)全過程實(shí)現(xiàn)了智能化管理，同時，也能夠優(yōu)化和改進(jìn)生產(chǎn)工藝流程，延長生產(chǎn)設(shè)備的使用壽命，是目前工業(yè)生產(chǎn)型企業(yè)應(yīng)用頻率最高的一種自動化控制技術(shù)。

1???? 自動化儀器儀表概述

儀器儀表具有自動控制、報(bào)警、信號傳遞以及數(shù)據(jù)處理等功能，隨著我國工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的逐年加快，自動化儀器儀表在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。其中，自動化檢測儀表主要由傳感器、變送器以及顯示器組成。傳感器能夠自動檢測出各種傳輸信號的模擬量，變送器主要將模擬信號轉(zhuǎn)變成為4—20mA的電流信號，并輸送到PLC當(dāng)中，而顯示器能夠清晰的顯示測量結(jié)果。在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，較為常見的儀器儀表主要包括溫度儀表、壓力儀表、流量儀表以及過程分析儀表等。

1.1? 溫度儀表

溫度儀表主要用來測定工業(yè)生產(chǎn)過程中各種生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行溫度，比如熱電阻、熱電偶、雙金屬溫度計(jì)等一次溫度儀表，以及溫度記錄儀、溫度巡檢儀、溫度調(diào)節(jié)儀等二次溫度儀表，都是工業(yè)生產(chǎn)過程中較為常用的溫度儀表。

1.2? 壓力儀表

壓力容器作為工業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，在運(yùn)行過程中，需要對容器的壓力值進(jìn)行測定，如果測定結(jié)果超過壓力極限值，應(yīng)當(dāng)及時采取降壓措施，以免發(fā)生爆炸等安全事故。而測定容器壓力值的裝置主要包括液柱式壓力儀表、彈性式壓力儀表以及活塞式壓力儀表。工作原理是壓力變送器將信號輸送到DCS或者調(diào)節(jié)器之外，而通過顯示器顯示最終的壓力數(shù)值[1]。

1.3? 流量儀表

流量儀表主要用來測量各種導(dǎo)電液體單位時間內(nèi)流經(jīng)有效截面的流體的體積與質(zhì)量，這與一般液體流速存在較大差異。在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域常用的流量儀表包括電磁流量計(jì)、浮子流量計(jì)、科氏力質(zhì)量流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、渦輪流量計(jì)等。

1.4? 過程分析儀表

工業(yè)生產(chǎn)過程中，設(shè)備的運(yùn)行溫度、壓力、流量、液位等工藝參數(shù)都存在一個標(biāo)準(zhǔn)范圍，一旦超過這一范圍，設(shè)備就會出現(xiàn)運(yùn)行故障，而影響整個生產(chǎn)進(jìn)度。因此，為了對生產(chǎn)全過程進(jìn)行有效監(jiān)督與控制，需要借助于過程分析儀表對各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、篩選、處理，或者對終端產(chǎn)品的成分進(jìn)行分析與評估，以查找出影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素，確保生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

2???? 儀器儀表自動化控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用

2.1? 優(yōu)化儀器儀表性能，提高工業(yè)生產(chǎn)效率

目前，我國工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的自動化控制技術(shù)水平已經(jīng)躍升到一個新的高度，尤其是儀器儀表自動化控制技術(shù)，不再像過去，整個生產(chǎn)過程完全依賴于人為操作與管理，不僅生產(chǎn)效率低，而且設(shè)備故障頻發(fā)，給企業(yè)發(fā)展設(shè)置了一道障礙。而儀器儀表自動化控制技術(shù)的介入，完全扭轉(zhuǎn)了這一局面，智能化的控制中樞能夠快速處理生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)信息，比如產(chǎn)品規(guī)格信息、設(shè)備狀態(tài)信息，儀器儀表的傳感器等智能裝置都能夠及時進(jìn)行處理。

但是，隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，需要處理的數(shù)據(jù)信息量也逐漸增大，這就需要技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)不斷對儀器儀表的性能予以改進(jìn)和優(yōu)化，以提升智能硬件與軟件的測量速率。比如近年來，技術(shù)人員在儀器儀表當(dāng)中嵌入了遺傳算法，這種算法有效解決了儀表工作效率低，運(yùn)行速度慢的問題，儀表性能得到進(jìn)一步改善。另外，在微處理器與微控制器之間嵌入模糊控制算法，能夠?qū)I(yè)生產(chǎn)當(dāng)中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合比對，這就提高了產(chǎn)品精度與質(zhì)量，進(jìn)而促進(jìn)了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升。

2.2? 轉(zhuǎn)變設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)虛擬結(jié)構(gòu)

虛擬儀器儀表與驅(qū)動器的結(jié)合，系統(tǒng)能夠自動生成源代碼，工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)在應(yīng)用儀器儀表時，可以即插即用，而且不受任何外界因素的影響和干擾。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)及時轉(zhuǎn)變設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)出虛擬的儀器儀表結(jié)構(gòu)，以提高監(jiān)測智能化水平。這種虛擬結(jié)構(gòu)的應(yīng)用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾方面：第一，驅(qū)動設(shè)備的運(yùn)行效率得到改善，同時具有靈活性與方便性特征。第二，虛擬結(jié)構(gòu)的開發(fā)工具主要應(yīng)用于人機(jī)交互體驗(yàn)中，比如基于Labwindows/CVI5.0的開發(fā)工具，貫穿于人機(jī)交互體驗(yàn)全過程，這就減少了技術(shù)人員的工作量，而系統(tǒng)能夠自動生成驅(qū)動源代碼。第三，這種虛擬結(jié)構(gòu)能夠自動監(jiān)測與識別儀器儀表的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，如果發(fā)現(xiàn)參數(shù)運(yùn)行異常，監(jiān)測結(jié)果數(shù)據(jù)可以快速反饋到系統(tǒng)操作終端，這就為儀器儀表的檢修工作爭取了大量時間。由此可見，虛擬儀器儀表結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)自動化、智能化控制的必要條件[2]。

2.3? 借助網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，優(yōu)化資源配置

在當(dāng)前形勢下，互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅猛發(fā)展，尤其在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域與電子商務(wù)領(lǐng)域，智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)給這些行業(yè)帶來強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭，不但實(shí)現(xiàn)了資源的優(yōu)化配置，而且也使各種資源得到高效利用。因此，技術(shù)研發(fā)人員應(yīng)將智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與儀器儀表的自動化控制系統(tǒng)融合到一起，使儀器儀表的最大化價值得到切實(shí)體現(xiàn)。

3???? 應(yīng)用自動化儀器儀表系統(tǒng)需要注意的問題

首先儀器儀表的智能設(shè)計(jì)功能尚未完善，儀器儀表的信息保密與安全性有待加強(qiáng)。其次，智能儀器儀表在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中與控制系統(tǒng)之間如何進(jìn)行互動，才能提升微程序與軟件的可靠性也是亟需解決的問題。第三，由于工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的信息量巨大，如何提高信息的利用價值，也需要技術(shù)人員深入研究和探討。第四，許多智能儀器儀表的可互操作難以實(shí)現(xiàn)，主要體現(xiàn)故障診斷與故障診斷信息的可互操作，如果這一問題難以解決，將嚴(yán)重影響故障診斷的精確度。

結(jié)束語：

儀器儀表為工業(yè)生產(chǎn)與日常生活提供便利條件，但是，隨著電子技術(shù)、信息技術(shù)的快速發(fā)展，儀器儀表的自動化控制性能也將受到嚴(yán)重影響，這就需要廣大科研與技術(shù)人員不斷創(chuàng)新應(yīng)用技術(shù)，不斷優(yōu)化和改進(jìn)儀器儀表性能，使儀器儀表能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)需要，為企業(yè)產(chǎn)能的提高與經(jīng)濟(jì)效益的持續(xù)增長提供強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]?? 朱廣閣.電氣自動化儀器儀表控制技術(shù)探討[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2019（7）：3467.

[2]?? 張宏.基于儀器儀表中的自動化控制及應(yīng)用研究[J].消費(fèi)導(dǎo)刊，2020（14）：100.