自動化儀表控制系統技術與應用

劉希武，陳陽，解俊朋

[摘? ? 要]? 隨著現代科技的不斷發展和進步，人工智能已經逐步走進了各行各業。在自動化儀表控制系統中，智能化技術的優勢也逐漸凸顯出來，嵌入式的微型計算機改變了傳統自動化儀表的結構概念，全新的自動化儀表智能化、網絡化設計已經成為當代自動化儀表控制系統的主流，并且對該系統的現實發展產生深遠影響。文章圍繞自動化儀表控制系統技術與應用進行集中探討。

[關鍵詞]自動化;儀表控制系統;技術;實際應用

[中圖分類號]TP216;TP273 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）02–00–03

Technology and Application of Automatic Instrument Control System

Liu Xi-wu，Chen Yang，Xie Jun-peng

[Abstract]With the continuous development and progress of modern science and technology， artificial intelligence has gradually entered all walks of life. In the automatic instrument control system applied to equipment， the advantages of intelligent technology are also gradually highlighted. The embedded microcomputer has changed the structural concept of traditional automatic instruments. The new intelligent and networked design of automatic instruments has become the mainstream of contemporary automatic instrument control system， and has a far-reaching impact on the practical development of the system. This paper focuses on the technology and application of automatic instrument control system.

[Keywords]automation; instrument control system; technology; practical application

1 自動化儀表控制系統技術的應用優勢

1.1 超強的存儲能力

儀表控制系統的主要功能是針對環境以及設備的實時狀態進行檢測，及時發現其中存在的問題和漏洞。在傳統的儀表控制系統中，對于工作人員的能力有著較強的要求，需要他們清晰準確地讀出儀表中的數字，并且對它的數據變化進行分析，但是由于儀表類型的多樣，導致在讀數和信息整合上具有一定的復雜性，而且工作人員需要根據儀表在工作中的不同狀態進行記錄，這就促使儀表記錄分析工作人員需要通過短期或者長期檢查監控儀表來獲得完整數據，從而極大地增加了工作人員的工作量，并且由于人工操作原因，會造成儀表記錄數據在某些情況下不完整，難以通過人工記錄的數據反映出設備的整體運行情況，同時對于一些設備管道內氣壓、溫度參數變化，一些儀表經過長時間的使用導致參數并不是很準確，從而對設備的具體運行產生影響。

但是在自動化儀表控制系統中，通過計算機系統的自動化操作，能夠實現對儀表數據的實時監控，并且這些監控得來的數據也能夠在第一時間輸入到后臺的中央處理器中，對于每一時段的運行數據都能夠詳盡存儲，并且可以隨時根據相關需要提取這些歸檔數據，這就極大方便了設備管理人員針對設備數據的后期分析處理，從而為設備的正常運行提供幫助。

1.2 強大的運算能力及數據處理能力

自動化儀表控制系統中內嵌了微型計算機，這就使得整個自動化儀表控制系統的數據處理能力和運算能力極大提升，真正實現了控制系統的數字化管理。與傳統的控制系統相比，自動化儀表控制系統能夠精準記錄設備的所有數據，并對這些數據進行精準性判斷，具有代表性的數據會以圖像的形式分析處理，從而將設備某一時刻的數據變化完全通過圖像直觀展現出來，設備管理人員能夠利用計算機顯示器直觀地從圖像上獲得設備的具體運行情況。自動化儀表控制系統兼具數據收集、數據處理、數據分析、結果輸出功能，這一系列的功能能夠為設備的運行提供強大的數據支持，同時為設備的維護和管理工作提供了便利。

1.3 良好的可延展性

與傳統的控制系統相比，自動化儀表控制系統能夠利用軟件程序代替原本復雜的硬件處理器，這樣就避免了硬件處理器經常出現故障的弊端，同時讓數據分析更為精準，實現設備的數字化管理。

自動化儀表控制系統本身具備良好的可延展性，也就是說該系統不需要在系統外部增加硬件設備就能夠實現性能提升，想要拓展自動化儀表控制系統的性能僅需要在系統內部安裝相關的控制軟件，或者對原有的控制軟件進行升級即可，這樣就能夠實現系統應用功能拓展，并且從根本上提升系統性能。這種系統性能提升機制類似于智能化設備的系統升級功能，簡單來說就是通過計算機網絡技術來遠程傳輸升級程序，或者通過外置軟件來向自動化儀表系統輸入升級程序，這種系統的拓展操作非常簡單，并且拓展效果良好。自動化儀表控制系統還能夠為功能拓展和優化提供可視化操作，使得程序設計更為簡化，并且這種便捷的軟件升級無需重復編程或者更換電路就能夠實現，根據設備的基本情況和具體運行情況來進行拓展升級無疑為系統后期的維護管理工作提供了便利。因此對自動化儀表控制系統實施有計劃的系統拓展是該系統良好拓展性的核心。

2 自動化儀表控制系統技術分析

PCS技術是自動化儀表控制系統的核心技術，該技術主要是指對工業生產的具體流程進行自動化控制，并通過提高生產工藝水平促使工業生產精準度得到提升，從而保證工業生產產品質量得到強化，讓工業產品能夠依靠質量在市場中占據一席之地。ERP系統則是企業資源管理系統，該系統在大多數工業制造企業、物流企業、人力資源企業等都有應用，因此是一種應用范圍極為廣泛的資源管理系統，同時廣泛的應用也證明了該系統強大的資源管理功能。企業經營決策和活動開展都需要依據ERP系統中的數據作為參考依據，同時這些數據也能夠為企業管理措施提供創新依據，讓企業整體管理水平得到提升。管理工作運行的效率則可以通過企業的財務管理系統呈現出來，也就是說ERP系統是企業財務管理系統的橫向參考系統。

自動化儀表控制系統應用的主要目的是為了實現對設備運行的自動化控制，并及時發現設備運行過程中存在的問題，讓設備在維持正常運行的情況下保證安全性和穩定性。在自動儀表控制系統中增設電腦芯片不僅能夠促使系統構成更為豐富，同時整個自動化儀表控制系統的實用性和可操作性也得到了提升。通過將PCS技術應用到自動化儀表控制系統中，能夠促使該系統的控制工作開展精準性得到大幅提升。

3 自動化儀表安裝調試技術要點

3.1 加強壓力儀表應用

壓力儀表的數量眾多，如果出現質量問題，可能會引發嚴重后果，所以，在壓力儀表安裝質量管理過程中，管理人員要加強設備管理，做好設備調試，壓力表的示值應按5/1分度值進行檢定，檢定過程中，標準表按照對線讀數的方式進行檢定，被檢表按照估計讀數的方式進行調試檢測。對于檢測過程產生的誤差，需要根據規范進行校正，并在誤差檢測完成后進行相關記錄。在根本環節上對壓力儀表質量進行把控，全面肅清運行風險。在每一種壓力儀表安裝之前，都要進行全面系統的檢測調試，管理人員還要進行外觀檢測，檢查是否存在外觀缺陷以及零件脫離的問題，發現設備問題要及時的進行返廠處理，在確保壓力儀表無誤的情況下，才能正式進行安裝。

3.2 自動化儀表調試技術

儀器安裝完成后，需要進行調試。只有通過儀器的正常調試才能投入生產和運行。儀器調試包括兩個方面：全面調試和部分調試。整體調試是將自動化儀表的參數設置為生產運行中使用的參數，模擬正常生產過程的狀態，觀察儀表可能出現的異常情況。本地調試是用于調試的某些部分儀器參數值，如壓力或溫度。在本地調試時，可以根據需要拆分或更換安裝的儀器。調試完成后，再次安裝。雖然嚴格按照規定安裝儀表，但安裝過程中可能仍然有損壞，甚至丟失。如果此時儀器投入使用，將明顯影響儀器的正常使用。

3.3 調試技術中的技術人員管理

自動化儀表控制系統的調試工作需要從儀表的精細性、功能性等不同方面進行管控，對于技術人員有著較高的要求，為了提高自動化儀表系統在應用中的有效性，及時發現調試中存在的問題和漏洞，有關部門需要從人員管理上進行優化。①需要增強技術人員的專業技能，為他們提供學習的平臺，就自動化儀表在安裝以及調試中的要點進行了解，并且對一些先進的技術進行整理，為后續的調試提供相應的保障。

②加強技術人員的綜合素質，將獎懲措施、績效管理等方法應用到其中，確保技術人員可以主動地就調試信息進行記錄和傳達，避免調試技術應用中的滯后性。

4 自動化儀表控制系統技術的應用及發展

4.1 控制系統的應用

4.1.1 傳感技術的應用

在自動化儀表控制系統中，需要應用先進的傳感技術來提高自動化儀表控制系統的響應速度。系統的響應速度會直接影響到設備運行的控制水平。傳感器能夠在控制系統傳統調節模式下起到非常重要的作用，傳感器主要是依靠計算機技術來調節非線性的、前置的或者后滯的內容，進而解決自動化儀表中出現多線程問題時的儀表數據反饋緩慢問題。在選擇傳感器的材料過程中，要將傳感器的性能作為首選要素，只有傳感器具備強大的性能才能夠確保自動化儀表控制系統擁有良好的功能，并且需要選用先進的材料和設備來制造傳感器，這樣傳感器才能夠在兼具科技性的同時擁有良好的運行效果。通過在自動化儀表控制系統中添加新型傳感器，能夠實現該系統的集成化操作和控制。

4.1.2 智能化調節器的應用

自動化儀表中內嵌的微型處理器是自動化儀表控制系統調節器的重要組成部分，近年來，隨著各種科技的不斷發展，很多新型的技術設備也被開發出來，微處理器技術正是在這種背景下應運而生的，運用微處理器調節能夠促使自動化儀表向著智能化方向邁進。在自動化儀表控制系統中，一般會采用數字化的管理模式，這種管理模式能夠促使系統調節器更為智能化，并且不斷強化自動化儀表控制系統的運算能力和數據分析處理能力，在數字化管理模式的加持下，能夠實現幾種編制信號同時輸入，從而提升自動化儀表控制系統的實際運行效率，并為系統操作者的監控提供便捷。因此，在自動化儀表控制系統中，需要應用全新的智能化調節器，摒棄傳統儀表的調節器，將智能化的操作帶到設備管理控制中，促使整個系統操作起來更加方便，并且讓設備運行更為流暢。智能化調節器對于實際的系統運行環境具備較強的適應性，因此能夠兼容不同自動化儀表控制系統的運行環境，促使系統的實際性能得到提升。

4.1.3 可編程控制器的應用

可編程控制器數字電子控制系統，可以利用已經編制好的程序存儲器，在輸入與輸出接口的方式下實現不同設備之間的邏輯運算，在自動化儀表的控制系統中有著重要的作用?？删幊炭刂圃趯嶋H的應用中以微處理器為核心要點，它具有自動化的特點，有著不同的功能模塊，當投入運行時，需要根據自動化儀表的功能特點進行類型的選擇，確?？删幊炭刂破髟趹弥械目煽啃?。自動化儀表控制系統中的可編程控制器可以將軟件和硬件系統結合到一起，具有較強的實用性，可以根據自動化儀表的使用環境進行改造，便于系統的設計、安裝以及調試等工作。此外，可編程控制器可以簡化原有的控制流程，通過順序控制器等設備的應用實現對部分繼電器的替代，在安裝工作中需要從電源接線、接地以及輸入輸出連接等不同的方式入手，確保系統應用的穩定性。

4.2 發展趨勢

4.2.1 自動儀表總體發展趨勢

過程系統控制的自動化需要一些現場設備，讓現場的智能儀表承擔部分控制功能，現場儀表的自動化控制系統主要由變送器、在線分析處理器以及其他檢測元件組成?，F場總線技術的應用促使自動化儀表的過程控制變得可行，并且儀表組件集中和分布式測試能夠促使整個系統的運行效果更為良好。目前對于現場設備的集中監控很難滿足大范圍的、復雜的、操控距離過遠的監控需要。因此需要及時組建能夠滿足不同現場實際需求的數據總線網絡，現場總線就是在這種需求的背景下誕生的。現場總線的概念是在不同現場儀表和中央控制系統之間形成一種開放式的、數字化的通信系統，并且該系統能夠對數據進行雙向的、分階段的、多站式的傳輸。目前自動化控制技術應用中最為明顯的表現形式就是現場總線，這對于自動化儀表控制系統的實際發展提供了重要的技術支持。

4.2.2 開放性系統發展

在未來的發展進程中，自動化儀表控制系統還將應用到不同的領域。為了確保系統連接的穩定性，需要加強控制系統在開放性方面的研究工作，除了接口協議上的擴展外，還應該對它的連接方式進行優化，將嵌入式系統技術等應用到其中，擴大原有的系統發展范疇。例如可以將USB接口以及局域網接口等于自動化儀表結合到一起，形成完善的框架體系，便于自動化儀表控制系統的測試以及安裝等環節。此外，在開放性系統的發展中，工作人員還應該將其與智能化等技術結合到一起，盡量確保在功能上的合理研究，使得儀表的測量數據可以以不同的方式呈現。

4.2.3 網絡化控制系統的發展

現場總線技術應用了計算機數字通信技術，這種技術上的集成能夠讓儀表自動化控制系統和現場設備加入到工廠的信息網絡中，并通過信息網絡來傳遞儀表設備監測的數據信息，促使儀表的智能化發揮出有效作用。目前，網絡技術在工業生產中運用越來越廣泛，因此自動化儀表控制系統的網絡化發展是未來工業發展的主要方向。在未來，極有可能出現以網絡結構體系為主體的自動化儀表控制系統，在當代，可以統稱這種網絡化應用儀表為IP智能現場儀表。該儀表主要是應用嵌入式網絡的控制結構，將數據貫穿到網絡的不同層次中，從而真正意義上實現辦公自動化和工廠自動化的無縫銜接。

5 結束語

自動化儀表控制系統在當代發展中集成了智能化技術，促使自動化儀表不僅改變了儀表本身的性能，而且促使控制網絡的機構體系發生變化，不再僅僅是功能單一的定向結構，而是一種適應性和功能性越來越強大的設備數據檢測管理系統。新一代的智能化儀表將在計算機網絡技術的加持下獲得長效發展，并在越來越多的現場使用。

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