儀器儀表中的自動化控制及其應用研究
2018-09-03 09:44:35
作者：劉祖光
摘 要：近年來，隨著我國經濟的快速發(fā)展和科學技術的不斷進步，儀器儀表行業(yè)也迎來了飛速發(fā)展的時期，給人們的生產生活帶來了方便。自動化技術現(xiàn)在已經被廣泛的應用到各個領域中，對各個領域提高生產活動的控制性、安全性以及效率性具有重要意義。并且自動化控制系統(tǒng)已經在儀器儀表領域獲得了越來越多的應用。本文主要針對于儀器儀表的概念和分類進行了介紹，分析了儀器儀表的自動化控制與應用的現(xiàn)狀并對未來發(fā)展趨勢進行了展望。
關鍵詞：儀器儀表；自動化；控制
引言：
隨著計算機和人工智能的不斷發(fā)展，儀器儀表在各個領域都取得了較大進步。從國內外眾多的機械設備、電子設備、監(jiān)控系統(tǒng)等來看，儀器儀表的自動化控制發(fā)揮的作用與日俱增。作為中樞系統(tǒng)的自動化儀表，能夠實時監(jiān)測整個系統(tǒng)的運行情況，如果設備出現(xiàn)故障，自動化儀表可以迅速檢測到，提醒技術或維護人員進行決策和判斷，在監(jiān)測的同時還能夠為調整設備的主要參數(shù)做出參考。
1、自動化儀器儀表簡述
自動化儀表，指的就是由多種自動化元件組合在一起而成，并且能夠發(fā)揮出較強自動化功能的技術工具。目前，市場上的自動化儀表涵蓋了用以測量流量、壓力以及溫度等的各種儀表，由于具有較強的自動化控制功能而被廣泛的應用于煤礦開采、環(huán)境監(jiān)測、國家電網等各行各業(yè)。
自動化儀器主要由三個功能塊組成，①傳感器，即信號的采集與控制單元；②變送器，即信號的分析與處理單元，將傳感器接收到的模擬信號進行處理得到對應的電信號；③顯示器，即結果的表達與輸出單元，將測量的結果直觀地顯示出測量流量的流量儀表等。
儀器儀表應用范圍及其廣泛，包括基礎科學及應用科學的各個領域。例如：①環(huán)保儀器儀表，該儀表可應用在污染源的監(jiān)測方面和環(huán)境質量監(jiān)測方面，以解決我國大氣環(huán)境、水環(huán)境的兩個涉及到民生的重大環(huán)境資源的污染難題，契合我國對于節(jié)能減排的戰(zhàn)略決策；②電工儀器儀表，智能電網建設的逐漸發(fā)展亟需電工儀表的迅速發(fā)展，進而可以大大推動我國電力用戶信息采集系統(tǒng)建設的順利實施；③工業(yè)自動化儀表，由于我國工業(yè)的迅猛發(fā)展，自動化控制已經成為一種剛性需求?？偠灾?，儀器儀表是社會發(fā)展的重要推動力和有效保障。
2、儀器儀表技術
儀器儀表的發(fā)展趨勢主要是對模擬儀器精度、分辨率和測量速度的提高。計算機技術的滲透，使得儀器儀表自動化成為了可能，儀器的功能逐漸從對個別參量的測量轉變?yōu)閷φ麄€系統(tǒng)的特征參數(shù)的測量，以往的儀器只有接收、現(xiàn)實功能，計算機技術的融入使得現(xiàn)在的儀器可以具備分析、處理、監(jiān)測、控制、計算、輸出等功能，且出現(xiàn)了數(shù)據(jù)域測試這種新的測試方式?，F(xiàn)代儀器儀表正朝著網絡化、多功能化發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)是實現(xiàn)電算一體化的基礎。從現(xiàn)代儀器儀表的發(fā)展趨勢來看，儀器儀表中主要包括以下幾種技術：
（1）傳感技術
現(xiàn)代儀器儀表技術中的傳感技術是實現(xiàn)監(jiān)測的基礎。因為我們在對儀器儀表進行控制時，需要獲取到檢測信息作為輸入數(shù)據(jù)。
（2）系統(tǒng)集成技術
系統(tǒng)集成技術對儀器儀表和測量控制的性能有直接影響，尤其是對大系統(tǒng)的自動化程度有較大影響。系統(tǒng)集成技術包括需求分析、物理層配置、模塊通信及應用層策略實施等。
（3）智能控制技術
智能控制技術指的是通過測控系統(tǒng)以最佳的方式監(jiān)控工具、設備以達到既定目標的一種技術。該技術對測控系統(tǒng)的效益有著重大影響，是信息技術想經濟技術發(fā)展的關鍵。
（4）人機界面技術
操作人員在對儀器儀表進行操作時需要一個良好的交互界面，人機界面技術就是用來協(xié)助操作員與系統(tǒng)進行人工交互的，人機界面應盡可能的簡單，方便操作員進行操作。系統(tǒng)的可操作性、可維護性都是由人機界面來完成。
3、儀器儀表自動化控制應用現(xiàn)狀及發(fā)展
3.1 儀器儀表自動化控制應用的現(xiàn)狀
近年來，現(xiàn)場總線技術雖然取得了長足的進展，但在實際應用中仍未發(fā)展成熟，而基于現(xiàn)場總線技術之上的分布式控制以及網絡式控制理論與實踐，并沒有得到普遍的推廣和應用，而且在某些領域，和傳統(tǒng)的儀器儀表相比，現(xiàn)場總線的性能表現(xiàn)疲軟，并沒有發(fā)揮出自己獨特的優(yōu)勢。因此，亟需對儀器儀表設備實施自動化的控制，對其進行優(yōu)化和升級，應用全新的理念，改進儀器儀表的結構和性能，設計虛擬儀器結構，形成網絡化的控制是其今后發(fā)展的必然趨勢。
3.2 儀器儀表自動化控制應用的發(fā)展
（1）改進儀器儀表結構與性能
第一、自動化控制技術廣泛應用，亟需儀器儀表技術的大力支持，同時也必然促進了儀器儀表的快速發(fā)展。儀器儀表與智能硬件和智能軟件的相互結合可大大提升測量效率與性能，拓展測量功能。在儀器儀表中內嵌入一些智能算法，如蟻群算法、遺傳算法、神經網絡算法等，可大大提高儀器儀表的工作效率、速度，完善功能和提高性能。第二、把各個相互獨立的儀器儀表系統(tǒng)，利用微處理器和微控制器有效結合起來，通過模糊控制算法進行設計。它的優(yōu)勢在于可以沒有之前的參照數(shù)據(jù)以及對應的數(shù)學模型，只需要結合經驗、總結規(guī)則，結合芯片的現(xiàn)場調試、離線計算功能，有效做出預定需要的數(shù)據(jù)分析
和控制反應。
（2）網絡化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢
電子計算機以及信息化的巨大進步使得網絡技術得到前所未有的迅猛發(fā)展，不論在工業(yè)、教育、商務中都能體現(xiàn)出網絡化與智能化的深度融合，將信息網絡應用于自動控制系統(tǒng)和工業(yè)生產設備中，已是大勢所趨。只有將分散的儀器儀表節(jié)點利用網絡化技術充分結合，才能將資源得到更合理得應用，對于決策的實現(xiàn)才更為科學。
4、提高自動化控制的可靠性措施
4.1 積極引用先進設備和技術
首先，在提高工藝自動化控制設備可靠性方面，應當積極引進先進的設備和技術，雖然自動化控制設備在我國經過快速發(fā)展，已經得到了一定程度的普及，但是從設備技術方面來看，叫國際先進水平還很落后。特別是近年來隨著信息技術的發(fā)展，自動化控制設備與信息系統(tǒng)的結合已經成為重要的發(fā)展趨勢，從國外的實際應用經驗來看，也取得了較好的效果。因而對于我國工業(yè)自動化系統(tǒng)而言，應當積極引進更為先進的控制設備和技術，建立相應的信息控制系統(tǒng)，進行全面的整合。目前在一些大型的化工生產企業(yè)、汽車制造企業(yè)等領域，已經應用了整合程度較高的信息控制系統(tǒng)，對于自動化控制設備進行實時監(jiān)控和控制，工業(yè)自動化生產進入了一個全新的階段。當前應當通過積極引進先進的設備和技術，擴大自動化生產系統(tǒng)的應用范圍，并且通過與信息系統(tǒng)的整合，也能夠在提高自動化控制設備可靠性方面起到重要的作用。
4.2 建立完善的自動化控制
在提高工業(yè)自動化控制設備可靠性方面，還應當建立起更加完善的自動化控制設備可靠性評估體系。目前在自動化控制設備可靠性方面，很多企業(yè)并不重視評估體系的應用，對于可靠性評估體系也缺乏足夠的了解。對于自動化控制設備進行可靠性評估，也就是通過科學的評估體系和相應的標準，對于自動化控制設備的運行狀態(tài)、故障率、維修人員配置、檢修制度等等，并且評價自動化控制設備發(fā)生故障后所造成的影響。
4.3 健全維護保養(yǎng)機制健全
維護保養(yǎng)機制主要是指在自動化控制設備應用中，建立起較好的維護保養(yǎng)制度，合理配置維護保養(yǎng)人員，開展日常的自動化控制設備維護保養(yǎng)工作，定期進行自動化控制設備的檢修。通過建立健全的維護保養(yǎng)機制，提高自動化控制設備的維護保養(yǎng)工作水平，這對于降低自動化控制設備的故障率有著重要作用。同時，在健全維護保養(yǎng)機制中，還應當建立完善的責任制度，明確相關維護保養(yǎng)人員的責任，提高維護保養(yǎng)人員的責任心和使命感。加強對于維護人員的培訓，提高其業(yè)務水平，以此促進自動化控制設備可靠性的提高。
5、結束語
隨著人類科技的快速發(fā)展，自動化已經成為未來社會發(fā)展的一種趨勢，并且在很大程度上改變了人類傳統(tǒng)的儀器儀表方式，極大地提高了自動化的工作效率，也降低了自動化系統(tǒng)誤操作的機率，有效節(jié)省了大量的人力和物力。儀器儀表經過幾十年的發(fā)展，已逐漸應用到生產生活的各個方面，給人類帶來方便的同時，自身功能趨于完善，性能更加優(yōu)異，適應性愈加強大。未來儀器儀表在自動化控制與應用中呈現(xiàn)出智能化、網絡化的發(fā)展趨勢，繼續(xù)為人類的福祉做出貢獻。
參考文獻：
[1]韓俊奇，徐建華，李杭嘉，吳春江.基于ARM的步進電動機自動化控制系統(tǒng)設計[J]. 微特電機，2014，11：84-87.
[2]基于自動化控制的靜力水準儀的安裝與應用[J].電子技術與軟件工程，2014，07：256.
[3]黃海燕.應用于人機自動化控制技術[J].電子技術與軟件工程，2014，15：227.