儀器儀表中的自動(dòng)化控制及其應(yīng)用探討

范鵬程

中海石油（中國(guó)）上海分公司 上海 200030

1、前言

自動(dòng)儀表由許多自動(dòng)元件組成，能充分發(fā)揮其強(qiáng)大的自動(dòng)能力。它能自動(dòng)測(cè)量流量、壓力和溫度。由于其強(qiáng)大的自動(dòng)控制能力，可應(yīng)用于我國(guó)各行業(yè)，幾十年來(lái)在儀表生產(chǎn)過(guò)程中得到了社會(huì)的認(rèn)可和推廣。我國(guó)的刀具技術(shù)起步較晚，目前我國(guó)刀具有很多優(yōu)勢(shì)和技術(shù)突破，但也存在一些問(wèn)題。我們需要對(duì)儀器的自動(dòng)控制進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，使新的設(shè)計(jì)能夠改變儀器的功能和結(jié)構(gòu)。

2、儀表自動(dòng)控制

我們的儀器被廣泛使用。但是，目前還存在著自分布式控制、網(wǎng)絡(luò)管理等問(wèn)題，尚未得到實(shí)施或廣泛推廣。在某些領(lǐng)域，它與傳統(tǒng)儀器仍然有很大的不同，但性能優(yōu)化不能有其自身的優(yōu)勢(shì)。

該自動(dòng)裝置具有三個(gè)功能和組成部分：一是傳感器，即記錄和控制部件；二是發(fā)射機(jī)，是信號(hào)分析與處理的一部分；第三，給出了測(cè)量結(jié)果，并顯示了傳輸元件。目前，該儀器在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。這種儀器促進(jìn)了我國(guó)對(duì)環(huán)境污染和質(zhì)量的認(rèn)識(shí)。減少消費(fèi)。我國(guó)廣泛使用電氣、智能計(jì)量設(shè)備，使家電能帶動(dòng)國(guó)家能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，完善用戶信息系統(tǒng)和工業(yè)自動(dòng)化儀表，因?yàn)槲覈?guó)是一個(gè)工業(yè)化大國(guó)，自動(dòng)化管理十分必要，而儀器的自動(dòng)控制在我國(guó)占有非常重要的地位。它促進(jìn)了社會(huì)的發(fā)展，保障了社會(huì)的發(fā)展[1]。

3、自動(dòng)化儀表特點(diǎn)

3.1 可編程功能

引入計(jì)算機(jī)軟件后，硬件結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。在簡(jiǎn)單的軟件編程中，可以用多個(gè)接口芯片在控制電路中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能，代替大量的電氣設(shè)備邏輯塊。

3.2 計(jì)算函數(shù)

由于儀器采用微機(jī)控制，操作復(fù)雜，控制精度高，如常數(shù)的乘除、最大值和最小值的確定、給定測(cè)量限的確定等。

3.3 存儲(chǔ)功能

以往儀器采用組合邏輯電路和時(shí)序電路，只記住某一時(shí)刻的一些簡(jiǎn)單狀態(tài)。

3.4 糾錯(cuò)功能

實(shí)時(shí)測(cè)量誤差校正是一項(xiàng)復(fù)雜的功能。帶有微處理器的儀器可以通過(guò)限制干擾來(lái)減少誤差和提高精度。

3.5 數(shù)據(jù)處理功能

在測(cè)量過(guò)程中，存在著許多問(wèn)題，如線性處理、自動(dòng)控制、測(cè)量值與工程值的轉(zhuǎn)換、抗干擾等[2]。

4、儀表自動(dòng)化管理的發(fā)展趨勢(shì)

隨著信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，儀表自動(dòng)化取得了相對(duì)的進(jìn)步，一些基礎(chǔ)理論和實(shí)踐已經(jīng)不能滿足人們的需求。我們必須改變我們的理論，找到前所未有的材料，創(chuàng)新儀器的一部分。今天的儀器也應(yīng)該更小巧、更智能，更符合網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)的趨勢(shì)，降低生產(chǎn)成本，但擴(kuò)大適用范圍。

然而，近幾十年來(lái)，隨著工具和手段的發(fā)展，社會(huì)承受能力的發(fā)展并不平衡。雖然起步較晚，但在一些領(lǐng)域仍處于世界前列。我國(guó)儀器儀表的發(fā)展呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)的趨勢(shì)。

近十年來(lái)，現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但在實(shí)際應(yīng)用中還不成熟，基于現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)還沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)總線的性能較弱，其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)沒(méi)有得到充分的發(fā)揮，儀器也在不斷的優(yōu)化和升級(jí)，應(yīng)用了新的思想，改進(jìn)了儀器的結(jié)構(gòu)和性能，設(shè)計(jì)了儀器的虛擬結(jié)構(gòu)，形成網(wǎng)絡(luò)化管理是其未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)[3]。

5、儀表自動(dòng)控制技術(shù)

近年來(lái)，儀器的精度、測(cè)量速度和分辨率都發(fā)生了很大的變化。隨著智能化、自動(dòng)化的發(fā)展，測(cè)量?jī)x器從一個(gè)維度轉(zhuǎn)向另一個(gè)維度，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，儀器的功能變得越來(lái)越重要。現(xiàn)在儀器正逐步進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。接下來(lái)，我們將討論幾種自動(dòng)控制方法。

5.1 智能管理方法

這項(xiàng)技術(shù)代表了現(xiàn)有測(cè)控系統(tǒng)的最佳狀態(tài)，可以對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)其的控制。這項(xiàng)技術(shù)能夠在測(cè)控中發(fā)揮最有用的作用，對(duì)效率有著重大的影響。這也是信息技術(shù)對(duì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展貢獻(xiàn)的一次重要試驗(yàn)。

5.2 集成技術(shù)

集成技術(shù)直接影響著測(cè)量?jī)x器和測(cè)量控制的性能，特別是在大型自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，本文主要分析了集成技術(shù)，并制定了具體的應(yīng)用策略，實(shí)現(xiàn)了模塊之間的通信。

5.3 接口技術(shù)

操作人員在操作儀器儀表時(shí)，只有把它們完美地結(jié)合起來(lái)，人機(jī)界面技術(shù)才能發(fā)揮很大的作用，才能在操作人員和系統(tǒng)之間形成手動(dòng)連接。人機(jī)界面技術(shù)可以顯示系統(tǒng)的功能兼容性和維護(hù)性[4]。

5.4 傳感器技術(shù)

這項(xiàng)技術(shù)是儀器控制技術(shù)的必要條件，傳感器技術(shù)可以檢測(cè)到這一信息并作為參考。

6、自動(dòng)控制技術(shù)在儀器儀表中的發(fā)展趨勢(shì)

雖然我們的儀器研究了幾十年，并在世界各地移動(dòng)，但發(fā)展的不平衡仍然存在。與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的儀器起步較晚，但仍有一定的地位。總體而言，發(fā)展進(jìn)程仍處于發(fā)展階段，發(fā)展速度相當(dāng)快。進(jìn)入新世紀(jì)后，信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展在這方面取得了一定的成績(jī)，隨著時(shí)間的推移，人們的知識(shí)水平和學(xué)習(xí)技術(shù)也逐漸擴(kuò)大，使我們能夠使用新的材料。

6.1 改進(jìn)儀器的組成和功能

為了使自動(dòng)控制技術(shù)得到普及和廣泛應(yīng)用，需要儀器的支持。將現(xiàn)有儀器與智能軟儀器相結(jié)合，提高了測(cè)量速度和性能，提高了測(cè)量能力。該算法可以加快儀器的運(yùn)算速度，提高整體運(yùn)算速度，改善現(xiàn)有的遺傳算法等性能優(yōu)勢(shì)對(duì)于儀器系統(tǒng)，由于系統(tǒng)的獨(dú)立性，可以采用微處理器和單片機(jī)相結(jié)合的方式進(jìn)行控制。我們不應(yīng)該以數(shù)據(jù)為出發(fā)點(diǎn)，然后進(jìn)行比較。只有根據(jù)往年的經(jīng)驗(yàn)，才能總結(jié)出系統(tǒng)的規(guī)律性，與數(shù)字模型有很好的關(guān)系。通過(guò)對(duì)集成電路的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，可以計(jì)算出功能的獨(dú)立性，并對(duì)方案數(shù)據(jù)進(jìn)行控制和分析[5]。

6.2 虛擬儀器設(shè)計(jì)

近年來(lái)，我國(guó)的儀器不斷完善和優(yōu)化，現(xiàn)在有了儀器，就可以隨時(shí)插進(jìn)瓦礫里。要做到這一點(diǎn)，制造商必須借用虛擬工具作為源代碼，以便客戶在需要時(shí)提供它們。它可以連接到虛擬硬件驅(qū)動(dòng)器，并且可以隨時(shí)插入。根據(jù)客戶的需求進(jìn)行了改進(jìn)和改進(jìn)，提高了工作效率，從而提高了軟件的管理效率和靈活性，優(yōu)化了整個(gè)系統(tǒng)。一是傳動(dòng)方便靈活，能促進(jìn)工作效率的提高；其次，通過(guò)人機(jī)交互開(kāi)發(fā)的方式生成驅(qū)動(dòng)程序代碼，減少了工作量，最后是使用智能工具。因此，通過(guò)智能化的檢測(cè)、識(shí)別和護(hù)理，實(shí)現(xiàn)智能化管理，提供最新的信息。

6.3 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)

隨著電子信息技術(shù)和智能化的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)水平得到了極大的提高和快速發(fā)展，是我國(guó)各行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。自動(dòng)化控制系統(tǒng)和工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備需要融入網(wǎng)絡(luò)，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)的作用，分散的硬件節(jié)點(diǎn)可以與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮設(shè)備的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，符合我國(guó)的戰(zhàn)略意義，合理利用國(guó)家資源，使國(guó)家決策更加人性化、科學(xué)化。

6.4 儀器在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

工具與計(jì)算機(jī)的結(jié)合可以通過(guò)軟硬件的結(jié)合，以分布式塊的形式提高系統(tǒng)的性能，消除了原有數(shù)據(jù)采集設(shè)備的一致性，可以利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。隨時(shí)測(cè)量和采集數(shù)據(jù)，儀器與計(jì)算機(jī)的結(jié)合可以有效地完成許多任務(wù)。所需裝置便于及時(shí)使用。

7、自動(dòng)化在儀表制造中的應(yīng)用

7.1 自動(dòng)化在虛擬儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

為了提高儀器的使用效率及其在儀器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，工商部門(mén)為用戶提供了虛擬儀器源代碼，目前，為了簡(jiǎn)化用戶操作，提高設(shè)備性能，廠家會(huì)提供虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。本機(jī)是源代碼，廠家開(kāi)發(fā)了基于總線設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)化軟件系統(tǒng)，大大提高了其結(jié)構(gòu)和性能，用戶使用，將虛擬硬件驅(qū)動(dòng)程序代碼轉(zhuǎn)換為OVD，改進(jìn)了機(jī)器間的交互：增加了“測(cè)試開(kāi)發(fā)”和“正常運(yùn)行”模式下的可選功能切換，提高了軟件的運(yùn)行速度和效率。

7.2 自動(dòng)化在優(yōu)化儀器結(jié)構(gòu)和性能中的應(yīng)用

儀器的精度主要來(lái)源于測(cè)量和處理。自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用為儀器測(cè)量的發(fā)展開(kāi)辟了更廣闊的前景，現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化應(yīng)用使每臺(tái)機(jī)器能夠更準(zhǔn)確地分析和處理當(dāng)前和所需的數(shù)據(jù)。低、中、高水平提高了現(xiàn)有測(cè)量系統(tǒng)的效率，這是傳統(tǒng)儀器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。它補(bǔ)充了儀器的傳統(tǒng)功能，包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、遺傳算法、進(jìn)化計(jì)算、混沌控制等。其次，除了上述自動(dòng)化技術(shù)外，我們還可以在分布式系統(tǒng)中使用微處理器技術(shù)，我們還可以利用模糊推理技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)型的模糊決策。在這種情況下，不需要收集大量數(shù)據(jù)，就可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)做出正確的決策。通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)自我教育，儀器具有自組織性和適應(yīng)性。根據(jù)速度和實(shí)用性，測(cè)量結(jié)果將大大超過(guò)復(fù)雜的函數(shù)公式，充分應(yīng)用各種自動(dòng)化技術(shù)可以有效提高儀器的精度和操作性能，減少人力物力，提高使用效率。

7.3 自動(dòng)化在儀表網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

隨著自動(dòng)化技術(shù)在儀器儀表中的應(yīng)用，儀器儀表的網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了前所未有的變化，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以與硬件和軟件相協(xié)調(diào)，挖掘其潛力，提高工作效率。

8、結(jié)束語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，隨著社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我們的許多科技成果不斷適應(yīng)發(fā)展的需要，應(yīng)用到日常生活中。發(fā)展。由于這一發(fā)展，我們有可能在儀器研究方面取得突破，效率現(xiàn)在已經(jīng)大大提高，這意味著自動(dòng)控制和設(shè)備的應(yīng)用在未來(lái)只會(huì)越來(lái)越好。