儀器儀表中的自動化控制及應用

張同君

（哈爾濱市松北供排水有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

0 引 言

目前，網絡信息技術與人工智能技術的發展，帶動了傳統社會生產模式的變革。當前社會生產過程中，儀器儀表發揮著重要作用。分析國內外生產的各種機械的發展情況發現，儀器儀表已表現出明顯的自動化發展趨勢。與傳統技術相比，儀器儀表自動化可進一步強化生產能力，具有應用和推廣價值。

1 儀器儀表自動化現狀

儀器儀表自動化又被稱為自動化儀表，是大數據信息技術與計算機技術相結合的產物。儀器儀表中包含著大量元件，在自動化技術的影響下，元件也具有了自動化能力[1]。目前，自動化儀表主要包括流量儀器表盤、溫度儀表盤及壓力儀表盤等。

1.1 構成具體內容概述

傳感器是自動儀器儀表的第一個功能區，其主要功能是采集信號，并控制各種功能單元。變送器的主要功能是分析各種傳感器的傳輸信號，處理各種功能單元，并將模擬信號轉變為電信號。顯示器是接收電信號的關鍵，能將分析結果體現在儀表上，完成各種功能單元的輸出。

分析社會生產現狀發現，自動化儀表已廣泛應用于較多裝置，包括氣動調節裝置和電動調節裝置。此外，在石油化工、制造業及機械電子等行業，都可應用自動化儀表。例如，通過電力自動化儀表直接與系統相連接，可快速收集電力用戶的信息資料。計算機網絡技術的支持下，工作人員通過電網終端計算機，了解整個地區的用戶耗電量情況。環境保護工作中，通過自動化儀表可對水質情況進行實時檢測，擺脫了傳統實驗室檢測的繁瑣，工作效率更高。

2 自動化儀表的發展現狀與特征

2.1 自動化儀表的發展現狀

自動化儀表在我國的發展時間較短，與其他地區相比尚處于發展階段。目前，我國政府為推動自動化技術的發展，在政策上給予了一定支持，因此我國自動化儀表的發展前景廣闊。

自動化儀表技術的應用充分反映了未來社會生產的發展需求。分析相關技術發展現狀可知，以高分子復合材料和納米管為代表的新型材料可被廣泛應用于自動化儀表，進一步強化了儀器儀表的運行能力，且化學理論和濕敏原理等也彌補了傳統研究的不足[2]。隨著自動化儀表在社會生產中應用范圍的進一步拓展，小型化和網絡化的儀表可更好地滿足社會要求。

2.2 自動化儀表的特征

與傳統工業儀表相比，自動化儀表具有明顯先進性，不僅制作工藝水平顯著提高，并且儀表分析和處理數據的精準度也有所改善。此外，自動化儀表具有數據存儲的優點，采集數據后可直接上傳至網絡，當工作人員對數據產生需求時，可直接通過手機APP和電腦等查閱資料，提高了數據資料的應用效率。

同時，自動化儀表具有更先進的數據處理能力，通過計算機內部數據處理模塊，能在大數據的基礎上精準分析各類數據。

2.3 儀器儀表中的自動化控制技術

未來儀器儀表將會朝著更高分辨率和儀器精度等方向發展。分析變化的應用現狀可知，儀器儀表不僅可滿足設備的單一測量要求，而且能適應整體系統特征的識別與分析；不但能接收和采集相關資料，還能處理、分析及監測各種數據。隨著相關技術的進一步發展，自動化控制技術將在儀器儀表中得到更有效地應用。

（1）傳感技術。目前，傳感技術是實現現代化監測的基礎。使用自動化儀器儀表時，需輸入特定的信息規則。上述檢測信息還需借助傳感技術的支持。

（2）系統集成技術。系統集成技術是衡量儀器儀表性能的關鍵，直接影響自動化控制系統。目前，系統集成技術主要包括需求分析、配置模塊通信及應用實施等。通過系統集成技術，可控制儀器儀表的運行過程。

（3）智能控制技術。該技術的關鍵是通過各種測控系統進行設備和生產的監測，在確保設備和生產處于最佳運行狀態的基礎上，配合各種監控工具和監控設備來達到預期目標。

3 自動化控制技術在儀器儀表自動化中的應用

分析相關技術的應用情況可知，自動化控制技術在儀器儀表中已得到充分利用，其功能顯著增強，不僅表現出了極強的適應能力，而且增強了運行能力，提高了工作效率。

3.1 儀器儀表性能與結構的改造

自動化控制技術能精準評價儀器儀表的運行能力。通過自動化控制技術，可實現儀器儀表硬件結構與軟件的結合，生產出性能更高的儀器儀表智能化構件，滿足未來社會生產的要求。同時，通過自動化控制技術，儀器儀表的計算功能和測量功能進一步增強，如數據處理的準確率和儀表轉速等，具有更強的數據處理能力。

同時，儀器儀表中也涉及了自動化智能算法和先進數據編輯方法等，如蟻群算法和神經網絡算法。利用這些先進技術和算法，彌補了傳統儀表在技術上的不足。

少部分自動化儀表中設置了微型處理器，通過微型處理器，遵照模糊控制算法的相關內容，識別儀器儀表中的各種微控制單元等。例如，單片機中，微型控制單元就體現了自動化控制技術的先進性，出現故障后，可直接定位故障點，無需逐個檢查。

3.2 設計虛擬儀器

目前，儀器儀表的開發階段，需借助虛擬儀器的方法，通過源代碼的形式來展示和解讀儀器儀表中的關鍵信息。當客戶購買儀器儀表后，廠家直接將儀器的源代碼提供給客戶，確保用戶可直接根據源代碼反饋的信息完成虛擬儀器驅動，進而滿足自身生產要求。目前，虛擬儀器可在諸多自動化儀表中隨意使用，具有極強的適應性。

此外，部分廠家推出了新的驅動軟件管理標準。這種標準是在VXI總線驅動器管理規范的基礎上形成的，并增加了不同的優化措施與說明，方便用戶操作。利用該標準，虛擬儀器可開發新的潛在客戶。通過在自動化儀器中加入虛擬儀器，使儀器儀表具有更強的靈活性。分析當前的相關技術發展情況可知，自動化儀器儀表將會在多種信息化內建環境中得到進一步完善與發展，并持續優化自身的人機交互能力。生產中，基于虛擬儀器的自動化儀表操作將更加簡單，并可在Labwindows/CV15.0內建環境中采用統一代碼符號，保證了工作效率。若儀器儀表系統在運行中出現故障，其電信號內容會出現變化，虛擬儀器所能接收到的代碼數據隨之變化。當系統不能識別變化的信息后，將發出警報，便于工作人員可快速確定故障。

3.3 在儀器儀表網絡化中的應用

目前，儀器儀表的應用中，工作人員通常會將計算機與相應的儀器儀表組建成網絡，并通過信息技術所具有的軟硬件功能（如模式識別、神經網絡自適應等）對各種儀器儀表資源做整合。目前，在很多領域都有儀器儀表與Web連接的形式。例如，萬用表和示波器等自動化儀器儀表在連接網絡后，能將識別模式與不同功能軟件結合，并區分不同儀器儀表功能，最終在短時間內測量臨界值。

文獻[3]指出，在自動化儀器儀表改進階段，一些企業開始通過網絡化模式轉變傳統工作特征，從原本單獨數據采集的模式轉變為分布式數據采集的模式。這種轉變可更好地適應遠程操作，滿足未來數據實時監控和采集的要求。與傳統技術相比，網絡化測量依托于自動化技術，能遵照系統確定規則完成各項工作。分析效果可知，這種改進不僅能實現用戶的實時控制，并且能檢測各個生產過程，具有更強的數據采集能力。

4 結 論

自動化技術在儀器儀表中具有理想的應用價值。通過自動化技術可進一步強化儀器儀表的運行能力，滿足未來社會的生產要求，因此應在更多地區推廣。