仪器仪表中的自动化控制及其应用研究

　　近年来，随着我国科学技术以及社会的不断发展，仪器仪表行业也迎来了飞速发展的时期，给人们的生产生活带来了方便。本文针对仪器仪表的概念和分类进行了介绍，分析了仪器仪表的自动化控制与应用的现状并对未来发展趋势进行了展望。

　　【关键词】仪器仪表，自动化，控制

　　作者：吕秋霞

　　随着计算机和人工智能的不断发展，仪器仪表在各个领域都取得了较大进步。从国内外众多的机械设备、电子设备、监控系统等来看，仪器仪表的自动化控制发挥的作用与日俱增。作为中枢系统的自动化仪表，能够实时监测整个系统的运行情况，如果设备出现故障，自动化仪表可以迅速检测到，提醒技术或维护人员进行决策和判断，在监测的同时还能够为调整设备的主要参数做出参考。

　　1自动化仪器仪表概况

　　自动化仪表，指的就是由多种自动化元件组合在一起而成，并且能够发挥出较强自动化功能的技术工具。目前，市场上的自动化仪表涵盖了用以测量流量、压力以及温度等的各种仪表，由于具有较强的自动化控制功能而被广泛的应用于煤矿开采、环境监测、国家电网等各行各业。

　　自动化仪器主要由三个功能块组成，①传感器，即信号的采集与控制单元；②变送器，即信号的分析与处理单元，将传感器接收到的模拟信号进行处理得到对应的电信号；③显示器，即结果的表达与输出单元，将测量的结果直观地显示出测量流量的流量仪表等。

　　仪器仪表应用范围及其广泛，包括基础科学及应用科学的各个领域。例如：①环保仪器仪表，见图2，该仪表可应用在污染源的监测方面和环境质量监测方面，以解决我国大气环境、水环境的两个涉及到民生的重大环境资源的污染难题，契合我国对于节能减排的战略决策；②电工仪器仪表，见图3，智能电网建设的逐渐发展亟需电工仪表的迅速发展，进而可以大大推动我国电力用户信息采集系统建设的顺利实施；③工业自动化仪表，见图4，由于我国工业的迅猛发展，自动化控制已经成为一种刚性需求。总而言之，仪器仪表是社会发展的重要推动力和有效保障。

　　2仪器仪表的自动化控制与应用

　　21世纪以来，我国经济发展迅猛，各个行业的自动化程度逐渐显著，因而对于自动化仪表以及控制系统的需求与日俱增，我国的科研工作者在理论上的不断创新以及技术工作者在实践中的不断应用，使得我国在仪器仪表的自动化控制和应用方面取得了较为显著地成就。

　　2.1我国仪器仪表自动化控制发展现状

　　仪器仪表经过近几十年的不断发展，社会普及率大发提高，但发展不均衡。虽然相对于国外起步较晚，但是在某些领域还是能够排在世界前列。总体来说，中国的仪器仪表发展呈现出百花齐放的趋势。

　　近十年来，现场总线技术虽然取得了长足的进展，但在实际应用中仍未发展成熟，而基于现场总线技术之上的分布式控制以及网络式控制理论与实践，并没有得到普遍的推广和应用，而且在某些领域，和传统的仪器仪表相比，现场总线的性能表现疲软，并没有发挥出自己独特的优势。因此，亟需对仪器仪表设备实施自动化的控制，对其进行优化和升级，应用全新的理念，改进仪器仪表的结构和性能，设计虚拟仪器结构，形成网络化的控制是其今后发展的必然趋势。

　　2.2仪器仪表自动化控制与应用的发展趋势

　　伴随着信息化和网络化的迅猛发展，自动化仪表技术也得到了长足的进步。随着人类的认知水平和探索水平的不断提高，当前的一些理论知识和应用实践已经无法满足人们的需求，于是研究出了更为先进的理论，发现了前所未有的新材料、研制出更为精确的元器件，并将其投入到仪器仪表的开发中。其中材料包括石墨烯、碳纳米管、高分子复合材料、光导纤维等；器件包括有湿敏、气敏、化学敏等。仪器仪表正在朝着小型化、智能化、网络化的趋势发展，生产成本不断降低，应用范围更为广泛。具体来说有如下几个发展的方向：

　　（1）改进仪器仪表结构与性能。

　　第一、自动化控制技术广泛应用，亟需仪器仪表技术的大力支持，同时也必然促进了仪器仪表的快速发展。仪器仪表与智能硬件和智能软件的相互结合可大大提升测量效率与性能，拓展测量功能。在仪器仪表中内嵌入一些智能算法，如蚁群算法、遗传算法、神经网络算法等，可大大提高仪器仪表的工作效率、速度，完善功能和提高性能。第二、把各个相互独立的仪器仪表系统，利用微处理器和微控制器有效结合起来，通过模糊控制算法进行设计。它的优势在于可以没有之前的参照数据以及对应的数学模型，只需要结合经验、总结规则，结合芯片的现场调试、离线计算功能，有效做出预定需要的数据分析和控制反应。

　　（2）设计虚拟仪器结构。

　　在对仪器仪表的设计也改进中，厂家多数采用虚拟仪器，将以源代码的形式提供给用户，并结合虚拟仪器驱动器，有效实现即插即用。考虑到用户的进一步操作和开发，提升运行效率，需要提升程序软件的灵活性，因此相关厂家对于VXI总线驱动器标准推出了新的驱动软件管理规范，在结构方面进行了多项升级和优化。第一、在得驱动设备的方便性、直观性和运行效率方面均有所改观。第二、基于最新的Labwindows/CVI5.0内建开发工具，完善人机交互体验，可以自动生成智能的仪器驱动代码，不仅可以简化工作量，最重要的是可以有效统一代码，更加方便快捷。第三、结合智能化的手段，可自动监测、识别、维护仪器的运行状况，用户只需要对底层设置，通过智能化的方式进行管理。也可根据实际需要，可在开发测试模式与正常运行的模式之间任意切换。

　　（3）网络化控制系统的发展趋势。

　　电子计算机以及信息化的巨大进步使得网络技术得到前所未有的迅猛发展，不论在工业、教育、商务中都能体现出网络化与智能化的深度融合，将信息网络应用于自动控制系统和工业生产设备中，已是大势所趋。只有将分散的仪器仪表节点利用网络化技术充分结合，才能将资源得到更合理得应用，对于决策的实现才更为科学。

　　3结论

　　仪器仪表经过几十年的发展，已逐渐应用到生产生活的各个方面，给人类带来方便的同时，自身功能趋于完善，性能更加优异，适应性愈加强大。未来仪器仪表在自动化控制与应用中呈现出智能化、网络化的发展趋势，继续为人类的福祉做出贡献。本文来自《仪器仪表用户》杂志