智能自動化儀器儀表在工業(yè)領域的應用和發(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)生產領域的相關技能、設備、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)領域中的應用進行探究，對其未來發(fā)展方向做出討論，以期能為工業(yè)領域的智能自動化儀器儀表創(chuàng)新發(fā)展提供一定參考。

關鍵詞：智能自動化;儀器儀表;工業(yè)領域;應用;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)領域中，儀器儀表具有觀察、測量、檢出、計算各種物質成分、物性參數和物理量的功能，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循環(huán)建設，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工業(yè)儀表和熱工儀表不同，是在儀器儀表設備生產中融合微型計算機技術、測量技術、傳感技術等智能自動化技術后，生產出的一種新型工業(yè)儀表，儀器儀表內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合。其中，硬件組成包括鍵盤、數據采集與輸入輸出技術顯示器等;軟件組成包括數據處理技術、信號處理技術，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、信號接收與處理、微電子學等新興科技與傳統工業(yè)儀器儀表的創(chuàng)新產物，既提升了現代儀器儀表的工作性能，又簡化了以往的復雜作業(yè)流程，使檢測數據更加精準、及時，具有操作便捷、高性能指標、數據采集、自測等基本特點[2]。

2 智能自動化儀器儀表在工業(yè)領域的應用

2.1 提升工業(yè)領域生產智能化、自動化水平

智能自動化儀器儀表主要由微型計算機技術、人工智能技術等構成，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，可以通過網絡進行相關數據信息的傳輸與分析，還可以借助網絡系統資源進一步優(yōu)化系統性能配置，以及儀器儀表智能自動化程度，進而提升工業(yè)領域生產智能化、自動化水平[3]。因此，在儀器儀表結構設計中，相關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)效率和質量，相關儀器廠家往往會在VXI即插即用的總線儀器驅動器標準基礎上，設計一套全新智能化儀器驅動軟件規(guī)范，優(yōu)化與改善虛擬儀器儀表相關性能和結構，具體包括以下幾方面內容：

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，在此基礎上設計具有相同功能的函數調用格式。加強智能自動化技術應用，促使智能虛擬儀器在人機交互作用下自動生成儀器驅動器代碼，確保儀器驅動器代碼編程結構與風格的統一，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。實現儀表驅動器內多線程并行測試與運行，提高儀表驅動器仿真功能，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用，對各種儀器儀表運行參數和性能設置進行識別、跟蹤與管理，確保用戶能直接進入底層設置。同時，用戶可以借助智能化管理，根據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，儀表驅動器可以自動完成設備狀態(tài)檢查工作，及時發(fā)現開發(fā)編程中的各種錯誤;正常運行模式中，儀表驅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)生產智能化安全、穩(wěn)定、可靠。值得注意的是，在儀器儀表虛擬結構設計中，儀表驅動器運行一般只應用在測試開發(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對儀器接口總線進行區(qū)分和使用。

2.2 提升工業(yè)生產效率和質量

在我國現行工業(yè)生產領域，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)領域，以及紡織、加工等輕工業(yè)領域。在重工業(yè)領域中，儀器儀表的優(yōu)化主要集中在監(jiān)測效率、應用范圍及環(huán)保節(jié)能要求等內容，能夠根據不同的工業(yè)領域增減調整相應儀器儀表設備[4]。如在煤炭生產領域中，相關技術人員需要通過儀器儀表了解井下不同區(qū)域的通風情況、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;還可以連接網絡，借助智能程序實現各種龐大數據信息的歸類與處理，并運用算術運算、比例運算等運算程序計算出相關數據，為生產過程中的材料配置、資源使用等提供幫助;能夠與井下安全生產氣體容量監(jiān)測設備、井下實際工作條件監(jiān)測等軟件設備共同使用。在輕工業(yè)領域中，智能自動化儀器儀表能夠使用在原材料加工、產品加工、產品智能檢測及完工分裝設備中，不同設備可采用不同性能結構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品檢測功能的設備，產品質檢環(huán)節(jié)可使用具有專業(yè)質量數據統計分析功能的設備，可以直接排除產品生產過程中的殘次產品，有效提升產品生產效率與質量。

若想實現以上目標，其智能自動化儀器儀表就必須綜合考慮諸多因素，從內部微處理器、技術應用等對儀器儀表的內部結構性能進行改良。一方面，重視儀器儀表內部微處理器的應用，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，能夠實現儀表儀器遠程控制與智能操控功能，如儀器儀表數據采集系統的智能控制。相關技術人員能夠通過系統遠程設置采集速度、分辨率精度輸入信號等參數，能夠設置各種測量數據臨界值[5]，還能通過離線計算現場調試技術，保障工業(yè)生產中各項測量數據的精確度，提升儀器儀表使用性能和結構安全。另一方面，在智能自動化儀器儀表設備中，使用智能自動化技術能夠有效改良相關設備功能，如在傳感器測量中能夠通過軟件實現信號濾波，改良傳感器動態(tài)特性;在氣體傳感陣列中，能夠通過BP網絡與自組織映射網絡相結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)生產領域網絡化發(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據處理功能、檢測運行數據、合理配置系統中不同儀器儀表和計算機的特質，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備進行控制和調整，可以通過Web的數字萬用表和示波器對工業(yè)生產條件和儀器儀表類型進行測量，得到準確臨界值，再據此進行判斷和行動。

3 工業(yè)領域中智能自動化儀器儀表的發(fā)展方向

我國智能自動化設備發(fā)展時間較短，發(fā)展背景和基礎較為薄弱，智能自動化儀器儀表的發(fā)展主要依靠計算機技術、網絡系統及人工智能技術，將其應用在工業(yè)領域中，不僅要推動智能化設備的發(fā)展潮流，還要對原有設備進行改良升級，全面提升工業(yè)生產產能。相關研究表明，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、強適應性及智能操作等優(yōu)勢，將其應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)的生產效率和質量。根據我國現有的綠色發(fā)展與循環(huán)經濟發(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)產業(yè)發(fā)展。同時，根據目前智能自動化儀器儀表的發(fā)展定位及5G、大數據技術的快速發(fā)展，未來新型儀器儀表會朝向數字化程序發(fā)展，能夠實現多平臺海量數據的快速分析與處理，為決策制定提供充足的信息支撐，從而提升工業(yè)生產資源配置水平，提高技能設備使用的正確性。此外，隨著國家內循環(huán)經濟的發(fā)展及新基建的建設要求，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，增加特色產業(yè)生產程序與功能，增加環(huán)保監(jiān)測功能，使工業(yè)生產更具針對性，更加智能、環(huán)保。

4 結語

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

參考文獻

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[2] 《自動化與儀表》編輯部.“2018京津冀工業(yè)企業(yè)儀表自動化技術交流會”在津召開[J].自動化與儀表，2018，245（8）：9.

[3] 李云昊.智能自動化及其在儀器儀表中的應用[J].建筑工程技術與設計，2017（013）：5056-5056.

[4] 田鳳英，張建杰.工業(yè)電氣自動化儀器儀表控制[J].設備監(jiān)理，2019，50（7）：53-54.