浅析仪器仪表中自动化控制技术及其应用

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【摘 要】随着科学技术的快速进步，智能自动化技术的快速发展与应用，在现如今的生产生活中，各行各业都受到了自动化控制技术的影响。我国仪器仪表产业的发展也运用了自动化控制技术的优势，从而迈进了更技术化的阶段。本文对自动化仪器仪表的定义和分类相关概况做出了分析，之后对仪器仪表自动化以及其控制的相关应用做了介绍。

【关键词】仪器仪表 自动化控制 分类 应用

一、自动化仪器仪表定义

自动化仪器仪表是科技发展的产物，结合了各方面的知识与技术，它们应用于物理、化学等方面，是一种工具或者设备，可以有效检测出物理成分、物理量等。从广义上来讲，仪器仪表具有报警、自动控制、信号传递等很多功能。自动化仪器仪表也可以说是一种信息及其，它主要作用是将信息进行形式转化，通过对输入信号的有效转换，变成输出信号。信号具有频率、时间等特征，传输过程可以调制成数字形式（断续结构）或者是模拟量（连续）形式。

二、自动化仪器仪表概述与分类

仪器仪表加入自动化功能，就实现了技术的提升与进步。自动化仪器仪表是科学发展与进步的产物，涉及到很多领域。例如：教学过程中运用的物理化学定量分析、光学眼镜的相关仪器仪表；环境监测相关部门对土壤、空气、水资源进行监测与分析的仪器；农林牧部门对食品安全进行检测的仪器；生物部门对药品、基因等进行综合检测与分析的仪器仪表；还有工业上运用的工控仪表等。总的来说，自动化的仪器仪表技术是现阶段科学核心关键技术之一，也促进了各行业的快速发展与进步。

自动化仪器仪表一般具有检测、观察、计算等功能。其自动控制系统为关键的子系统。一般自动化检测仪器仪表有三个组成部分：第一、传感器，检测信号并模拟；第二、变送器，将传感器测量到的模拟信号进行转变，变化为4到20mA的电流信号，并且输送到可编程控制器进行显示。第三、显示器，它的作用是显示出测量直观结果。自动化仪器仪表由于具有操作简单、测量准确、清晰显示等优势，所以得到了工业、农业以及各方面的广泛使用。并且自动化控制系统中的重要组成部分为其内部与微机的接口，该接口充当了自动控制功能眼睛的作用。

将自动化仪器仪表进行分类，可以有两种分类方法：（1）按照用途不同进行分类。仪器仪表由于其用途不同有不同的分类，例如有运用在运输上的汽车、拖拉机仪表等，运用于航空航海方面的海空、航海仪表，运用于地质勘探的地震测试仪器等，除此之外，运用于各行各业的仪器仪表大有存在，医疗、教学、环保等方面的仪器等。（2）按照功能划分。按照功能可以分为检测、记录、计算等仪器。检测方面又根据物理量的不同可以分为压力、温度、流量等方面的测量仪表。

三、仪器仪表中自动化控制及其应用

（一）改进仪器仪表结构与性能

仪器仪表的自动化控制在仪器仪表性能、结构的改进中起到关键作用。从下面几个方面进行分析：第一、自动化控制技术应用于仪器仪表、测量等相关工作领域，开阔了应用前景，促进了技术的快速发展。智能化软件与硬件设备设施的应用，可以使得仪器仪表能够方便、实时的分析和处理当前的数据，以及对以往数据做出分析，更好的从不同高中低层次上抽象测量过程。提升测量效率与性能，拓展测量功能，例如进化计算、神经网络、遗传算法等智能技术的融合，可以使得仪器仪表提升效率、速度，增加功能与灵活性。第二、将分散的仪器仪表系统，结合微处理器与控制器等芯片技术，有效对模糊控制程序进行设计，并设置需要测量的数据临界值，有效结合模糊推理，实现对各种不同模糊关系的决策。它的优势为可以不建立相关数学模型，也不需要非常多的测试数据，就可以结合经验、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。

（二）设计虚拟仪器结构

在对仪器仪表结构进行设计的过程中，厂家一般都是传递虚拟仪器，以源代码的形式提供给用户，结合虚拟仪器驱动器有效实现即插即用。为了方便末端用户的操作和开发，在运行效率方面得到提升，并且还需要提升编程灵活性与质量，相关设计仪器仪表的厂家给予VXI总线仪器驱动器标准退出了新的驱动软件管理规范，结合智能化仪器的特点，在虚拟仪器性能与结构方面采取了多项措施进行改进。第一、体现驱动设备的直观性、方便使用以及提升运行效率等作用，并且需要保持原先的VXI总线（即插即用的高层编程接口），以此实现相同功能函数的调用功能。第二、基于最新的Lab windows/CVI 5.0内建开发工具，结合智能化模式和手段，可以在人机交互的功能下，自动生成智能的仪器驱动代码，简化工作，降低工作量，又能有效统一驱动器代码的编程特色与结构，使得不同用户水平的使用人员都可以方便的使用于维护。第三、结合智能化的手段，设置、识别、管理和跟踪所有仪器状态，用户能够对其进行低层设置，通过智能化的方式进行管理，根据用户最终需要，进行开发测试与正常运行的模式选择与切换。开发测试模式可以实现自动检查，帮助其发现编程中出现的错误，调试成功并投入使用后，用户就可以切换至正常运行模式，保障了软件运行的效率。另一方面，智能化手段的运用，可以方便使得测试、安全运行多线程实现；另外，驱动器的仿真功能可以使得单独开发测试程序成为可能，你不需要与实际仪器相连接。第四、驱动器在运行过程中，只是受到测试功能的影响，而与仪器总线接口方式没有直接联系。总的来说，将智能化手段运用到虚拟仪器中，可以算是以往VXI驱动器的革新，提升运行效率，使得编程风格、结构达到一致，方便运行和维护。

（三）仪器仪表网络化中的应用

将计算机与仪器仪表组建成网络，就可以通过借助智能化的软硬件作用，比如模式识别、神经网络的自适应、自学习、自组织以及联想记忆的功能等，可以有效而充分的发挥网络上不同类别计算机以及仪器仪表的潜力和资源特性。相互配合产生出惊人的组合优势。举个例子说明：现阶段借助可以与Web进行连接的数字万用表与示波器，连接到网络，并结合模式识别相关软件的功能，区分不同类别仪器仪表的特征，并且测定出其临界值，以此可以根据特征的不同做出对应响应；另外，采取分布式数据采集系统，作为原先使用的单独进行数据采集设备的替代，实施跨越以太网或者其他类别网络，可以实现远程操作的功能，方便实时测量与数据采集，并可以有效实现分类存储与应用。借助网络化智能测量环境的优势，将各种计算机与仪器仪表综合连接，高效完成不同要求的任务。例如拷贝采集后的数据，并送达到需要的部门；又或者将定期数据收集结果保存到远程数据库等。仪器仪表网络化促进了多用户的实时监控，从而有效实现技术人员、质量管理人员、领导等远程对同一生产过程的监控，以方便收集数据，分析规律，做出调整。除此之外，智能重构这方面的信息处理技术也提供了丰富的使用空间。

四、总结

仪器仪表中自动化控制技术的研究与应用还在不断发展，在以后的生活、生产与研究中，自动化控制技术下的仪器仪表会不断提升性能、丰富作用、强化功能，它的适应性和功能性也会不断加强，促进更多领域的应用。科学技术的快速发展，带来了社会的不断进步，国家技术未来的研究与发展需要我们不断努力。

参考文献：

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[3]李杰.仪器仪表中的自动化控制及其应用[J].城市建设理论研究（电子版），2013（21）.

[4]杜柚壁、张黎晨.基于数字化发射机自动化控制系统应用与研究[J].自动化与仪器仪表，2011（5）.

作者简介：

秦越，现就职于图尔克（天津）传感器有限公司，产品定制化经理，从事工业自动化传感器及接插件产品研究及管理，对于非标传感器及接插件定制有丰富经验。