工業自動化儀表及自動化控制技術研究

譚一達 TAN Yi-da

（中廣核工程有限公司，深圳 518124）

0 引言

在最近這些年，我國的自動化技術發展迅速，在工業生產中應用也越來越廣泛，推動工業制造不斷向自動化、智能化的方向發展。但現階段我國仍處于工業自動化生產的中低端，行業整體經濟效益較低，在經濟優化升級方面處于劣勢地位。而工業自動化儀表作為工業生產中的關鍵設備，對工業生產及發展有著很大的影響。因此，需要在自動化儀表技術創新的基礎上，去改善現在的工業生產模式，進一步提高我國工業生產自動化、智能化水平[1]。

1 工業自動化儀表

傳統的熱力儀表有很多方面是不如工業自動化儀表的，傳統的熱力儀表與工業自動化儀表的最根本的差距在于工業自動化儀表無需人工操作就可自行實現自動化操作。并且能夠自己進行自我監督和調控，如圖1 所示。工業自動化儀表能自己完成操作任務包括記錄自身的數據和監督控制以及測量等等，并且能夠按照規定的要求所測得的數據傳送到數據終端并進行采集和自我保存。自動化儀表在生產中的應用在提高了生產效率的同時也降低了企業再生產過程中所投入的成本，并且企業也能夠隨時獲得最新的生產數據并對其進行分析。工業自動化儀表的應用降低了企業在工業生產中的能耗和人工成本的投入，最終能夠達到低能耗，節能生產的企業目標[2]。工業自動化儀表的運行方式如下：無需人工操作，利用計算機網絡技術自動采集企業所需要的數據信息，并且及時的傳送到企業數據終端，能夠讓企業及時的對數據進行處理和分析。

圖1 工業自動化儀表

2 自動化控制技術

信息收集、整理、分析三個功能結合在一起就是工業自動化儀表。自動化的基礎是收集和整理企業內中的各種信息，以完備的信息來促進自動化產業的可持續發展作為前提。工業自動化儀表變送器結構圖如圖2 所示。

圖2 工業自動化儀表變送器結構圖

在目前，自動化儀表的生產控制和研發進展受到了企業的高度重視，要想合理的運用好自動化技術就要求企業的工作人員要了解自動化技術相關方面的知識并且要熟悉自動化儀表的操作方法以及區分出自動化生產過程中每個步驟的不同。定期對自動化儀表的性能進行檢測，如發現問題要及時的進行維修處理。自動化控制技術要控制好各項工作的進行，各項信息的收集，維護好生產設備，采用科學的方法來增加企業的經濟收益[3]。

3 案例分析

在對儀表進行檢測的時候，由于工作的枯燥無味以及工作人員所采用的操作方法不準確，隨意修改測量的方法，工作人員因疏忽造成的檢測誤差，這些人工誤差是很難去避免的[3]，而且人工操作對儀表進行檢測的速度是比較慢的，難以滿足生產的需求。所以，為了能夠提高生產效率以及減少在檢測過程中由人工造成的錯誤和誤差可以采用LabVIEW 的自動化儀表檢測工裝，用此方法能夠提高檢測的速度以及在簡化檢測方法的同時減少檢測的錯誤和誤差。

LabVIEW 是一種由美國儀器公司研究開發的程序開發環境，其作為一個數據采集和儀器控制軟件，能夠廣泛的應用在工業自動化及學術研究方面。LabVIEW 將VXI、RS-232 和RS-485 的功能也包含在其中[4]。

本篇文章中，自動化儀器檢測套件是在LabVIEW 的軟件平臺中設計的，該自動化儀器檢測套件能夠用于單卡的常溫校準、卡套老化檢測、對及其的常溫進行校準及產品在出廠前的質量檢測。這一切的操作都是在LabVIEW的基礎上完成的。通過LabVIEW 編寫圖形化編程語言，并以框圖的形式創建程序，從而讓在能夠完成儀表檢測工作的同時不出現文字代碼，進而有效提高工作的效率[5]。

儀表檢測的自動化和可視化能夠通過LabVIEW 的自動化儀表檢測工具而進行實現，自動化及可視化有著操作簡便[6]，效果顯著，能夠為檢測提供不錯的幫助。

3.1 總體設計

儀表檢測的工裝系統結構如圖3 所示，工裝系統結構主要包括可調電源、工裝底板、校準模塊、下載器、轉換模塊、485 模塊、USB-HUB、二維碼的掃描模塊和LabVIEW檢測系統。

圖3 自動化儀表檢測工裝系統結構

①可調電源：實現電壓和電源的大范圍調節，同時擴大了直流電源供應器的應用，產生需要一組或是多組的電壓。

②工裝底板：安裝自動化檢測儀表和模塊。

③校準模塊：對儀表進行校準。

④下載器：將儀表程序下載。

⑤轉接模塊：將物理層信號進行轉換。

⑥485 模塊：將模塊進行叫轉并且保持LabVIEW 檢測系統之間的互通。

⑦USB-HUB：將USB 接口進行拓展。

⑧二維碼掃描模塊：對設備的二維碼進行掃描。

⑨LabVIEW 檢測系統：能夠實現儀表的自動化檢測。

3.2 LabVIEW 檢測系統設計

LabVIEW 的檢測系統主要通過二維碼掃描、上電測試、程序燒寫、冷端溫度檢測、儀表校準、記錄存儲和結果判定來實現完整的自動化檢測，程序流程如圖4 所示。在經過LabVIEW 檢測系統后在通過儀表上的二維碼獲取相關設備的編號，再然后進行檢查工裝上電的情況，如檢查后為正常上電后在進行燒寫儀表程序，并將程序啟動，進行檢測冷端溫度及環境溫度，并通過校準計算來提高測量的準確程度，在將整體數據檢測完成并顯示后，完成檢測過程[7]。

圖4 LabVIEW 檢測系統程序流程

3.2.1 二維碼掃描

二維碼之所以可以儲存巨大的信息量，跟其構造有極大關聯。他由一定數量的黑白點在其中按照一定順序排列整合而成的[8]。這些黑白點可以是方形或圓形，他們分別代表著二進制的1 和0，因其排列順序的多樣性所以可以儲存信息，在儀表中儲存編號數據的就是二維碼。LabVIEW 檢測系統首先識別儀表上的二維碼，然后便可儲存其號碼，在收集此儀表的數據信息是均可與號碼對應。

3.2.2 程序燒寫

程序燒寫功能的實現需要使LabVIEW 應用更加普遍[9]，實用性增強，使此系統在進行一系列操作的時候，不需要去借助其他輔助應用程序。在進行LabVIEW檢測系統程序燒寫的過程中，通過“執行系統命令”VI 查找整理好的數據并將其按照二進制翻譯完成后使用Jlink保存到表格中?！皥绦邢到y命令”VI 不同于其他，此系統管理文件信息和整理腳本數據是從VI 內部傳遞指令，通過Windows 的應用程序、命令行應用程序來進行?！皥绦邢到y命令”VI 參考圖5。

圖5 執行系統命令VI

3.2.3 串口通信

LabVIEW 檢測系統的校準需要結合兩種類型的模塊，分別是校準模塊和485 模塊。LabVIEW 檢測系統的串口通信并不是一氣呵成的，他有三個基本步驟：

①串口初始化。串口的端口號、波特率、停止位、校驗位、數據位需要根據VISAConfigureSerialPort.vi 節點來進行重置，參考圖6。

圖6 串口初始化

②讀寫串口。串口的讀寫需要結合兩種不同類型的節點：VISARead 節點與VISAWrite 節點來實現，參考圖7、圖8。

圖7 串口讀

圖8 串口寫

③要使得各個指令方便的獲取串口資源，還需要閉合串口，分散串口信息，如圖9 所示。

圖9 關閉串口

3.2.4 數據記錄

LabVIEW 系統在研發或者是試用期間會暴露一些缺陷，常見的有關于數據整理、收集和搜索等[10]。LabVIEW 系統在工作的時候要求其收集和儀表編碼相對應的數據信息，若系統在短時間內收集到大量的數據，則數據處理庫會快速的接收、整理、統計最后保存系統需要的數據。數據庫使用SQL 語句輸入所需要進行的指令，并選擇DSN 連接，可以進行創建表格、錄入信息、信息剖析、數據處理、查找信息和整理等多項過程，方便使用者更加便捷的查找所需要的數據信息。

3.3 效果對比

與人工操作相比，LabVIEW 檢測系統在檢測效率上實現了大幅度的提升，具體提升效果如表1 所示。

表1 LabVIEW 檢測系統與人工操作效率對比

4 結束語

能夠合理的在工業生產中應用自動化控制技術，可以在工業生產中減少人力資源的投入，基本不需要工作人員管理從而實現無人化管理，促進工業自動化生產的發展，自動化控制技術的應用不僅能夠幫助企業減少經濟的投入，還能夠提高企業的工作效率。由于自動化控制系統的發展，得到了社會各界的普遍認可并在實際生產中得到了廣泛的應用。這就需要我們去提高現有的工程質量及工業生產能力，以來滿足工業自動化儀表和自動化控制技術在生產中得到更好的應用。同時由于自動化行業整體經濟效益較低，需要相關單位必須結合我國工業生產實際情況，注重技術創新，進而提升我國工業整體實力。相信在不遠的將來，自動化科技的發展將會帶給我們更多的生活體驗。