自动化控制技术在仪器仪表中的应用

自动化控制技术在仪器仪表中的应用
摘要：与传统的工业仪表相比，自动化仪表不但提高了生产工艺，而且提高
了数据分析和处理的精度。

首先，自动化仪器可以储存对象，将储存装置安装在
仪器的内部，自动装置和仪器采集到的各种数据都会被储存到储存装置中，当储
存装置的容量不够时，可以通知工作人员进行替换。

但传统的仪器和设备却没有
这种能力。

其次，自动化的仪器可以自动进行数据的分析。

传统的仪器要进行数
据分析和处理，一般都是采用手工的方法，不但效率低下，还需要耗费大量的人
力物力，而且还不能保证计算的准确性。

而自动化仪器，则是依靠计算机内部的
数据处理系统，可以自动地分析和处理各种数据，而且精度高，不需要太多的人力。

关键词：仪器仪表；自动化控制；应用
中图分类号：TH86
文献标识码：A
引言
目前，工业生产领域应将自动化控制技术在仪器仪表中的应用作为关键课题，积极加强研究、探讨与实践，一方面既要客观、全面地认识自动化控制技术对工
业仪器仪表的优势，另一方面应采取科学、合理的工业仪器仪表自动化控制技术
应用策略，切实提升工业仪器仪表的功能和自动化水平。

1自动化仪器仪表概述
自动化仪器是科学技术发展的产物，综合了各种知识和技术，在多方面都有
应用。

仪器工业包括基础与应用两大类。

比如，在教学过程中进行物理和化学实验，以及光学、光、电机一体化的实验；农业、畜牧、水产等部门检测和分析食
品中的有害物质；生物科技部门对基因、药品等进行综合检测和检测的仪器；还
有工业和航天领域中使用的控制仪器。

自动仪器是检测各种物理参数等的仪器，
真空检漏仪和乘法器等都是仪器的一部分。

从广义上讲，仪器还可以具有自动控
制和数据处理等多种作用，比如，在工业生产中，自动控制以及分布式控制，能
扩展人类的功能。

人类通过感官来观察、听、尝、摸外部事物，如显微镜、望远镜、声级计、酸度计、高温计等仪器，能够提高和拓展人类的这种功能；此外，
某些仪器，例如，磁强计、射线计数仪等，可以感知和测量人体感官无法感知的
物质；还有一些仪器能够超越人类的记录、计算、计数能力，例如，高速照相机、电脑等。

常规的自动测试仪器包括三大部分：（1）通过不同的信号来探测被测
量的仿真数据；（2）将传感器测量的模拟信号变换为4～20mA的电流的发射机，并将其输入到可编程控制器中；（3）显示器对测量的结果进行直观地显示。

自
动化检测仪表以其高精度、高显示、操作简便的特点而在工业上得到了广泛的应用。

并且由于其内部与微型计算机的连接，它是自动控制系统的关键部件，被誉
为“自动控制系统之眼”。

自动化仪表有温度计、压力计、物位计、流量计以及
某些工艺分析仪器。

（1）温度计在石油化工生产现场或管线中的介质温度通常
要求有指令控制，最常见的是电阻、热电偶。

专用的温差电阻是储罐的平均温度
表等；特种热电偶有耐磨热电偶。

（2）压力计的压力表分为液柱式、弹性式和
活塞式，除了通过压力传感器向DCS或其他调节器发送信号外，还经常使用位移
平衡型基座调节器。

（3）材料仪器材料仪表无通用产品，根据计量方法可分为
直读式、超声波式等，其中，雷达型和矩阵型旋流液位计已被广泛地用于石化行业。

（4）流量计的流率，并非通常的流率，而是指在一定的时间里，通过一个
有效断面的液体的容积和质量，以及在一定时期内，通过该管道的累计液体的质
量和容积。

（5）从技术上说，在线过程分析仪对温度和液位等参数进行了严格
的监控，仅能间接地确保成品或中间产品的品质，因此，对成品进行成分分析十
分必要。

2仪器仪表中自动化控制及其应用
2.1在仪器仪表结构、性能改进中的应用
采用智能软硬件，能够准确地分析、处理目前与以前的资料，对低、中、高
三个层次的数据进行适当的抽象，从而提高了现有的测试系统的性能和效率，并
将神经网络等智能技术应用到仪器的多方面。

其次，利用微芯片技术，如微处理
器、微控制器等，可以在分散体系的不同仪器中，设计出模糊控制软件，设定各
种测量数据的阈值，并利用模糊规则的模糊推理技术，对各种模糊关系做出多种
模糊决策。

其优点是无须建立受控对象的数学模型或大量的试验资料，仅凭经验
归纳出适当的控制法则，运用芯片进行离线计算、现场调试，以达到精确的分析
及及时的控制。

特别是对传感器的检测，通过软件实现快速傅立叶变换等信号滤
波技术，可以简化硬件结构，显著改善信噪比，改善传感器的动态特性。

并充分
发挥技术的强大自学习、自适应，加强输出之间的联想与记忆之间的黑盒映射等
功能。

2.2在虚拟仪器结构设计中的应用
传统上，设备厂商在开发设备体系结构时，会将智能的虚拟装置驱动以源代
码的形式提供给使用者。

为了简化终端用户的运行和开发过程，提高运行效率，
提高编程质量，提高软件的可用性。

在很多方面，虚拟安装架构和性能的软件规
格都有了很大的提高。

首先，该系统满足了用户对操作的直观、可用性和最高性
能的需求，同时也继承了VXI的先进程序接口，能够实现功能的调用。

其次，利
用最新的Labwingows/CVI5.0软件，利用智能工具实现IVI驱动程序的自动生成，从而极大地简化了系统的编程工作。

同时，还采用了大量的智能技术，对不同的
状态和设定进行检测、监控和控制。

“测试开发”与“正常工作”的测试开发模式，使得驱动程式可以根据不同的程式设计缺陷，自动地进行一系列的健康检查。

软件在进行了全面地测试和调试之后，便可以投入使用。

在这种方式下，可以使
驱动软件的速度很快。

这样既能保证主机的安全性和可靠性，又能在任何时候转
换为高速度，从而达到最高的工作效率。

2.3仪器仪表网络化中的应用
利用计算机和计算机构成的网络，可以利用各种计算机和系统的资源，包括
模式识别、联想等。

比如，一个数字万用表和一个与互联网相连的示波器，可以
通过识别软件区分出不同的空间。

用来测定门限，并测定不同的特性。

分布式数
据采集系统可以代替以往单一的数据采集装置，也可以采用以太网实现远程测量、数据采集等功能。

智能网络对环境进行测量，比如，从一个具体的地点采集数据，把它们传送到其它需要的地方，如果有必要，可以把同样的数据拷贝到需要的地
方，然后再把这些数据传送给需要的部门，然后定期地把测量结果传送给一个远
程数据库，并在必要的时候把它保存起来。

同一进程可以由多个使用者同时监视。

同时，由于信息化程度的提高，测量设备的使用范围也会随之扩展。

一台拥有电
脑和专用集成电路（ASIC）优势的可重构电脑，不但需要大量的FPGA，而且还需
要指令、比特、流水线等。

结束语
随着社会、经济和科技的发展，自动控制技术在实际生活和工作中的应用越
来越突出。

将自动控制技术引入到仪器设备中，可以提高仪器的工作效率和工作
品质，提高仪器的自动控制水平。

因此，必须大力发展自动控制技术，使其在生
产过程中发挥其控制的优越性，从而保证我国工业和社会主义经济的正常发展。

在测量方面，自动化技术的研究和应用也在持续地得到发展。

在今后的生产和生
活等领域，自动化控制技术和装备的应用会大大改善性能、丰富和扩展功能、增
强适应性和功能。

科学的迅速发展与人类社会的可持续发展息息相关，今后我国
科技的发展还需继续加强发展。

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