仪器仪表中的自动化控制及其应用研究
2018-09-03 09:44:35
作者：刘祖光
摘 要：近年来，随着我国经济的快速发展和科学技术的不断进步，仪器仪表行业也迎来了飞速发展的时期，给人们的生产生活带来了方便。自动化技术现在已经被广泛的应用到各个领域中，对各个领域提高生产活动的控制性、安全性以及效率性具有重要意义。并且自动化控制系统已经在仪器仪表领域获得了越来越多的应用。本文主要针对于仪器仪表的概念和分类进行了介绍，分析了仪器仪表的自动化控制与应用的现状并对未来发展趋势进行了展望。
关键词：仪器仪表；自动化；控制
引言：
随着计算机和人工智能的不断发展，仪器仪表在各个领域都取得了较大进步。从国内外众多的机械设备、电子设备、监控系统等来看，仪器仪表的自动化控制发挥的作用与日俱增。作为中枢系统的自动化仪表，能够实时监测整个系统的运行情况，如果设备出现故障，自动化仪表可以迅速检测到，提醒技术或维护人员进行决策和判断，在监测的同时还能够为调整设备的主要参数做出参考。
1、自动化仪器仪表简述
自动化仪表，指的就是由多种自动化元件组合在一起而成，并且能够发挥出较强自动化功能的技术工具。目前，市场上的自动化仪表涵盖了用以测量流量、压力以及温度等的各种仪表，由于具有较强的自动化控制功能而被广泛的应用于煤矿开采、环境监测、国家电网等各行各业。
自动化仪器主要由三个功能块组成，①传感器，即信号的采集与控制单元；②变送器，即信号的分析与处理单元，将传感器接收到的模拟信号进行处理得到对应的电信号；③显示器，即结果的表达与输出单元，将测量的结果直观地显示出测量流量的流量仪表等。
仪器仪表应用范围及其广泛，包括基础科学及应用科学的各个领域。例如：①环保仪器仪表，该仪表可应用在污染源的监测方面和环境质量监测方面，以解决我国大气环境、水环境的两个涉及到民生的重大环境资源的污染难题，契合我国对于节能减排的战略决策；②电工仪器仪表，智能电网建设的逐渐发展亟需电工仪表的迅速发展，进而可以大大推动我国电力用户信息采集系统建设的顺利实施；③工业自动化仪表，由于我国工业的迅猛发展，自动化控制已经成为一种刚性需求。总而言之，仪器仪表是社会发展的重要推动力和有效保障。
2、仪器仪表技术
仪器仪表的发展趋势主要是对模拟仪器精度、分辨率和测量速度的提高。计算机技术的渗透，使得仪器仪表自动化成为了可能，仪器的功能逐渐从对个别参量的测量转变为对整个系统的特征参数的测量，以往的仪器只有接收、现实功能，计算机技术的融入使得现在的仪器可以具备分析、处理、监测、控制、计算、输出等功能，且出现了数据域测试这种新的测试方式。现代仪器仪表正朝着网络化、多功能化发展，嵌入式系统是实现电算一体化的基础。从现代仪器仪表的发展趋势来看，仪器仪表中主要包括以下几种技术：
（1）传感技术
现代仪器仪表技术中的传感技术是实现监测的基础。因为我们在对仪器仪表进行控制时，需要获取到检测信息作为输入数据。
（2）系统集成技术
系统集成技术对仪器仪表和测量控制的性能有直接影响，尤其是对大系统的自动化程度有较大影响。系统集成技术包括需求分析、物理层配置、模块通信及应用层策略实施等。
（3）智能控制技术
智能控制技术指的是通过测控系统以最佳的方式监控工具、设备以达到既定目标的一种技术。该技术对测控系统的效益有着重大影响，是信息技术想经济技术发展的关键。
（4）人机界面技术
操作人员在对仪器仪表进行操作时需要一个良好的交互界面，人机界面技术就是用来协助操作员与系统进行人工交互的，人机界面应尽可能的简单，方便操作员进行操作。系统的可操作性、可维护性都是由人机界面来完成。
3、仪器仪表自动化控制应用现状及发展
3.1 仪器仪表自动化控制应用的现状
近年来，现场总线技术虽然取得了长足的进展，但在实际应用中仍未发展成熟，而基于现场总线技术之上的分布式控制以及网络式控制理论与实践，并没有得到普遍的推广和应用，而且在某些领域，和传统的仪器仪表相比，现场总线的性能表现疲软，并没有发挥出自己独特的优势。因此，亟需对仪器仪表设备实施自动化的控制，对其进行优化和升级，应用全新的理念，改进仪器仪表的结构和性能，设计虚拟仪器结构，形成网络化的控制是其今后发展的必然趋势。
3.2 仪器仪表自动化控制应用的发展
（1）改进仪器仪表结构与性能
第一、自动化控制技术广泛应用，亟需仪器仪表技术的大力支持，同时也必然促进了仪器仪表的快速发展。仪器仪表与智能硬件和智能软件的相互结合可大大提升测量效率与性能，拓展测量功能。在仪器仪表中内嵌入一些智能算法，如蚁群算法、遗传算法、神经网络算法等，可大大提高仪器仪表的工作效率、速度，完善功能和提高性能。第二、把各个相互独立的仪器仪表系统，利用微处理器和微控制器有效结合起来，通过模糊控制算法进行设计。它的优势在于可以没有之前的参照数据以及对应的数学模型，只需要结合经验、总结规则，结合芯片的现场调试、离线计算功能，有效做出预定需要的数据分析
和控制反应。
（2）网络化控制系统的发展趋势
电子计算机以及信息化的巨大进步使得网络技术得到前所未有的迅猛发展，不论在工业、教育、商务中都能体现出网络化与智能化的深度融合，将信息网络应用于自动控制系统和工业生产设备中，已是大势所趋。只有将分散的仪器仪表节点利用网络化技术充分结合，才能将资源得到更合理得应用，对于决策的实现才更为科学。
4、提高自动化控制的可靠性措施
4.1 积极引用先进设备和技术
首先，在提高工艺自动化控制设备可靠性方面，应当积极引进先进的设备和技术，虽然自动化控制设备在我国经过快速发展，已经得到了一定程度的普及，但是从设备技术方面来看，叫国际先进水平还很落后。特别是近年来随着信息技术的发展，自动化控制设备与信息系统的结合已经成为重要的发展趋势，从国外的实际应用经验来看，也取得了较好的效果。因而对于我国工业自动化系统而言，应当积极引进更为先进的控制设备和技术，建立相应的信息控制系统，进行全面的整合。目前在一些大型的化工生产企业、汽车制造企业等领域，已经应用了整合程度较高的信息控制系统，对于自动化控制设备进行实时监控和控制，工业自动化生产进入了一个全新的阶段。当前应当通过积极引进先进的设备和技术，扩大自动化生产系统的应用范围，并且通过与信息系统的整合，也能够在提高自动化控制设备可靠性方面起到重要的作用。
4.2 建立完善的自动化控制
在提高工业自动化控制设备可靠性方面，还应当建立起更加完善的自动化控制设备可靠性评估体系。目前在自动化控制设备可靠性方面，很多企业并不重视评估体系的应用，对于可靠性评估体系也缺乏足够的了解。对于自动化控制设备进行可靠性评估，也就是通过科学的评估体系和相应的标准，对于自动化控制设备的运行状态、故障率、维修人员配置、检修制度等等，并且评价自动化控制设备发生故障后所造成的影响。
4.3 健全维护保养机制健全
维护保养机制主要是指在自动化控制设备应用中，建立起较好的维护保养制度，合理配置维护保养人员，开展日常的自动化控制设备维护保养工作，定期进行自动化控制设备的检修。通过建立健全的维护保养机制，提高自动化控制设备的维护保养工作水平，这对于降低自动化控制设备的故障率有着重要作用。同时，在健全维护保养机制中，还应当建立完善的责任制度，明确相关维护保养人员的责任，提高维护保养人员的责任心和使命感。加强对于维护人员的培训，提高其业务水平，以此促进自动化控制设备可靠性的提高。
5、结束语
随着人类科技的快速发展，自动化已经成为未来社会发展的一种趋势，并且在很大程度上改变了人类传统的仪器仪表方式，极大地提高了自动化的工作效率，也降低了自动化系统误操作的机率，有效节省了大量的人力和物力。仪器仪表经过几十年的发展，已逐渐应用到生产生活的各个方面，给人类带来方便的同时，自身功能趋于完善，性能更加优异，适应性愈加强大。未来仪器仪表在自动化控制与应用中呈现出智能化、网络化的发展趋势，继续为人类的福祉做出贡献。
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