智能自動化儀器儀表在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展

李啟勇

摘 要：進入21世紀后，我國高新科技快速發(fā)展，開始向智能自動化方向發(fā)展。在這一發(fā)展過程中，工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的相關(guān)技能、設(shè)備、安全等受到一定程度的影響。基于此，文章以智能自動化儀器儀表概念為立足點，對智能自動化儀器儀表在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用進行探究，對其未來發(fā)展方向做出討論，以期能為工業(yè)領(lǐng)域的智能自動化儀器儀表創(chuàng)新發(fā)展提供一定參考。

關(guān)鍵詞：智能自動化;儀器儀表;工業(yè)領(lǐng)域;應(yīng)用;發(fā)展

中圖分類號：TP18;TP216 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）04-034-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.04.017

在工業(yè)領(lǐng)域中，儀器儀表具有觀察、測量、檢出、計算各種物質(zhì)成分、物性參數(shù)和物理量的功能，發(fā)揮著傳達信息的重要作用。在全球環(huán)境日益復(fù)雜的今天，我國儀器儀表發(fā)展過程中容易受到諸多外界因素影響，因此我國不斷加強內(nèi)循環(huán)建設(shè)，并通過新基建大力推進儀器儀表智能自動化發(fā)展，進而推動我國的科技發(fā)展進程。

1 智能自動化儀器儀表概述

智能自動化儀器儀表與傳統(tǒng)工業(yè)儀表和熱工儀表不同，是在儀器儀表設(shè)備生產(chǎn)中融合微型計算機技術(shù)、測量技術(shù)、傳感技術(shù)等智能自動化技術(shù)后，生產(chǎn)出的一種新型工業(yè)儀表，儀器儀表內(nèi)部存在一個智能軟件，具有自動化測量、自動化計算、自動化分析、自動化存儲等功能與優(yōu)勢，有很強的問題處理能力[1]。不同于傳統(tǒng)工業(yè)儀器儀表，智能自動化儀器儀表不再是單純的硬件組成，而是硬件與軟件的有機結(jié)合。其中，硬件組成包括鍵盤、數(shù)據(jù)采集與輸入輸出技術(shù)顯示器等;軟件組成包括數(shù)據(jù)處理技術(shù)、信號處理技術(shù)，其核心是微處理器和大容量存貯器。在目前的智能自動化儀器儀表發(fā)展過程中，智能化與自動化不再是相互獨立的發(fā)展領(lǐng)域，而是雙方融合發(fā)展，共同促進工業(yè)儀器儀表智能化與自動化，最終實現(xiàn)遠程操控和無人值守。總的來說，智能自動化儀器儀表是人工智能、計算機科學(xué)、信號接收與處理、微電子學(xué)等新興科技與傳統(tǒng)工業(yè)儀器儀表的創(chuàng)新產(chǎn)物，既提升了現(xiàn)代儀器儀表的工作性能，又簡化了以往的復(fù)雜作業(yè)流程，使檢測數(shù)據(jù)更加精準、及時，具有操作便捷、高性能指標、數(shù)據(jù)采集、自測等基本特點[2]。

2 智能自動化儀器儀表在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 提升工業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)智能化、自動化水平

智能自動化儀器儀表主要由微型計算機技術(shù)、人工智能技術(shù)等構(gòu)成，可以顯著提升儀器儀表的測量精準度和智能自動化水平。在運行過程中，可以通過網(wǎng)絡(luò)進行相關(guān)數(shù)據(jù)信息的傳輸與分析，還可以借助網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)資源進一步優(yōu)化系統(tǒng)性能配置，以及儀器儀表智能自動化程度，進而提升工業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)智能化、自動化水平[3]。因此，在儀器儀表結(jié)構(gòu)設(shè)計中，相關(guān)儀器廠家都會以源代碼形式向用戶提供一個即時使用的儀器驅(qū)動器，便于用戶隨時使用虛擬儀器，但為確保用戶最終的操作及程序開發(fā)效率和質(zhì)量，相關(guān)儀器廠家往往會在VXI即插即用的總線儀器驅(qū)動器標準基礎(chǔ)上，設(shè)計一套全新智能化儀器驅(qū)動軟件規(guī)范，優(yōu)化與改善虛擬儀器儀表相關(guān)性能和結(jié)構(gòu)，具體包括以下幾方面內(nèi)容：

考慮與兼顧用戶使用感，確保儀器儀表操作便捷、直觀，遵循原有VXI總線即插即用標準的高層編程接口，在此基礎(chǔ)上設(shè)計具有相同功能的函數(shù)調(diào)用格式。加強智能自動化技術(shù)應(yīng)用，促使智能虛擬儀器在人機交互作用下自動生成儀器驅(qū)動器代碼，確保儀器驅(qū)動器代碼編程結(jié)構(gòu)與風(fēng)格的統(tǒng)一，在一定程度上簡化了人工編程的工作量與工作壓力，也降低了用戶使用與維護的工作難度。實現(xiàn)儀表驅(qū)動器內(nèi)多線程并行測試與運行，提高儀表驅(qū)動器仿真功能，以便在不接觸實際儀器的情況下開發(fā)測試程序。強化智能自動化在儀器儀表中的應(yīng)用，對各種儀器儀表運行參數(shù)和性能設(shè)置進行識別、跟蹤與管理，確保用戶能直接進入底層設(shè)置。同時，用戶可以借助智能化管理，根據(jù)實際需求選擇測試開發(fā)與正常運行兩種模式。其中，測試開發(fā)模式中，儀表驅(qū)動器可以自動完成設(shè)備狀態(tài)檢查工作，及時發(fā)現(xiàn)開發(fā)編程中的各種錯誤;正常運行模式中，儀表驅(qū)動器能夠立即進入工作狀態(tài)，保持高效運行狀態(tài)。在這兩種模式下，儀表設(shè)備既可以高效穩(wěn)定運行，還可以進行功能拓展更新，從而保障工業(yè)生產(chǎn)智能化安全、穩(wěn)定、可靠。值得注意的是，在儀器儀表虛擬結(jié)構(gòu)設(shè)計中，儀表驅(qū)動器運行一般只應(yīng)用在測試開發(fā)模式，不受儀器使用的接口總線方式影響，往往只是通過一個初始化函數(shù)對儀器接口總線進行區(qū)分和使用。

2.2 提升工業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量

在我國現(xiàn)行工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，智能自動化儀器儀表的使用主要分布在煤炭、鋼鐵等重工業(yè)領(lǐng)域，以及紡織、加工等輕工業(yè)領(lǐng)域。在重工業(yè)領(lǐng)域中，儀器儀表的優(yōu)化主要集中在監(jiān)測效率、應(yīng)用范圍及環(huán)保節(jié)能要求等內(nèi)容，能夠根據(jù)不同的工業(yè)領(lǐng)域增減調(diào)整相應(yīng)儀器儀表設(shè)備[4]。如在煤炭生產(chǎn)領(lǐng)域中，相關(guān)技術(shù)人員需要通過儀器儀表了解井下不同區(qū)域的通風(fēng)情況、煤炭開采條件、瓦斯容量等，保障井下開采工作環(huán)境安全穩(wěn)定;還可以連接網(wǎng)絡(luò)，借助智能程序?qū)崿F(xiàn)各種龐大數(shù)據(jù)信息的歸類與處理，并運用算術(shù)運算、比例運算等運算程序計算出相關(guān)數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)過程中的材料配置、資源使用等提供幫助;能夠與井下安全生產(chǎn)氣體容量監(jiān)測設(shè)備、井下實際工作條件監(jiān)測等軟件設(shè)備共同使用。在輕工業(yè)領(lǐng)域中，智能自動化儀器儀表能夠使用在原材料加工、產(chǎn)品加工、產(chǎn)品智能檢測及完工分裝設(shè)備中，不同設(shè)備可采用不同性能結(jié)構(gòu)的智能自動化儀器儀表，如加工環(huán)節(jié)可使用具有材料和產(chǎn)品檢測功能的設(shè)備，產(chǎn)品質(zhì)檢環(huán)節(jié)可使用具有專業(yè)質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能的設(shè)備，可以直接排除產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的殘次產(chǎn)品，有效提升產(chǎn)品生產(chǎn)效率與質(zhì)量。

若想實現(xiàn)以上目標，其智能自動化儀器儀表就必須綜合考慮諸多因素，從內(nèi)部微處理器、技術(shù)應(yīng)用等對儀器儀表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)性能進行改良。一方面，重視儀器儀表內(nèi)部微處理器的應(yīng)用，智能自動化儀器儀表本身帶有輸入輸出總接線口，加裝微處理器后，能夠?qū)崿F(xiàn)儀表儀器遠程控制與智能操控功能，如儀器儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的智能控制。相關(guān)技術(shù)人員能夠通過系統(tǒng)遠程設(shè)置采集速度、分辨率精度輸入信號等參數(shù)，能夠設(shè)置各種測量數(shù)據(jù)臨界值[5]，還能通過離線計算現(xiàn)場調(diào)試技術(shù)，保障工業(yè)生產(chǎn)中各項測量數(shù)據(jù)的精確度，提升儀器儀表使用性能和結(jié)構(gòu)安全。另一方面，在智能自動化儀器儀表設(shè)備中，使用智能自動化技術(shù)能夠有效改良相關(guān)設(shè)備功能，如在傳感器測量中能夠通過軟件實現(xiàn)信號濾波，改良傳感器動態(tài)特性;在氣體傳感陣列中，能夠通過BP網(wǎng)絡(luò)與自組織映射網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法對信號進行處理，并通過分類和識別組分的順序降低算法難度，提升混合氣體識別率。

2.3 推動工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展

智能自動化儀器儀表能夠通過智能化硬件和軟件提高數(shù)據(jù)處理功能、檢測運行數(shù)據(jù)、合理配置系統(tǒng)中不同儀器儀表和計算機的特質(zhì)，最終達到1+1>2的組合效果。如智能自動化儀器儀表能夠自主完成檢測工作，可以通過遠程操控對設(shè)備進行控制和調(diào)整，可以通過Web的數(shù)字萬用表和示波器對工業(yè)生產(chǎn)條件和儀器儀表類型進行測量，得到準確臨界值，再據(jù)此進行判斷和行動。

3 工業(yè)領(lǐng)域中智能自動化儀器儀表的發(fā)展方向

我國智能自動化設(shè)備發(fā)展時間較短，發(fā)展背景和基礎(chǔ)較為薄弱，智能自動化儀器儀表的發(fā)展主要依靠計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及人工智能技術(shù)，將其應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域中，不僅要推動智能化設(shè)備的發(fā)展潮流，還要對原有設(shè)備進行改良升級，全面提升工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)能。相關(guān)研究表明，目前我國智能自動化儀器儀表未來的主要發(fā)展方向為重工業(yè)和輕工業(yè)，智能自動化儀器儀表具有高穩(wěn)定性、強適應(yīng)性及智能操作等優(yōu)勢，將其應(yīng)用在對人體危害較大、工作環(huán)境較為惡劣的工業(yè)環(huán)境中，能夠最大限度提升我國工業(yè)的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。根據(jù)我國現(xiàn)有的綠色發(fā)展與循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展理念，未來智能自動化儀器儀表的發(fā)展會更加注重環(huán)保節(jié)能性能，從而促進綠色工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。同時，根據(jù)目前智能自動化儀器儀表的發(fā)展定位及5G、大數(shù)據(jù)技術(shù)的快速發(fā)展，未來新型儀器儀表會朝向數(shù)字化程序發(fā)展，能夠?qū)崿F(xiàn)多平臺海量數(shù)據(jù)的快速分析與處理，為決策制定提供充足的信息支撐，從而提升工業(yè)生產(chǎn)資源配置水平，提高技能設(shè)備使用的正確性。此外，隨著國家內(nèi)循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展及新基建的建設(shè)要求，智能化儀器儀表還需要融合不同種類的工業(yè)發(fā)展特色與要求，增加特色產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)程序與功能，增加環(huán)保監(jiān)測功能，使工業(yè)生產(chǎn)更具針對性，更加智能、環(huán)保。

4 結(jié)語

綜上所述，智能自動化儀器儀表對工業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)與發(fā)展有極大促進作用，不僅能提升工業(yè)生產(chǎn)的智能化、自動化水平，還能提升工業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，推動工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。目前，我國智能自動化儀器儀表在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展仍處于初級階段，還需要不斷加強智能自動化技術(shù)及儀器儀表設(shè)備的研究，全面提升智能自動化應(yīng)用水平，推動智能自動化儀器儀表在工業(yè)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，提升工業(yè)領(lǐng)域整體發(fā)展水平。

參考文獻

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