工業(yè)自動(dòng)化儀表及自動(dòng)化控制淺析

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摘要：現(xiàn)如今，自動(dòng)化控制技術(shù)和自動(dòng)化儀表在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)的領(lǐng)域當(dāng)中，自動(dòng)化儀表技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量，保證工業(yè)生產(chǎn)的安全性和穩(wěn)定性?；诖耍瑸檫M(jìn)一步研究工業(yè)自動(dòng)化儀表，提高其自動(dòng)化控制技術(shù)水平，文章主要從工業(yè)自動(dòng)化儀表及自動(dòng)化控制技術(shù)概述出發(fā)，介紹了一種工業(yè)自動(dòng)化儀表自動(dòng)化控制檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是基于LabVIEW軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)而成的，可有效減少因人工操作而產(chǎn)的失誤，提高工業(yè)生產(chǎn)檢測(cè)工作效率及產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)而提升工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)水平。希望通過此次研究能夠?yàn)楣I(yè)自動(dòng)化發(fā)展提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化控制；工業(yè)自動(dòng)化儀表；LabVIEW；二維碼掃描；程序燒寫

0引言

在最近這些年，我國(guó)的自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展迅速，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用也越來越廣泛，推動(dòng)工業(yè)制造不斷向自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展。但現(xiàn)階段我國(guó)仍處于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的中低端，行業(yè)整體經(jīng)濟(jì)效益較低，在經(jīng)濟(jì)優(yōu)化升級(jí)方面處于劣勢(shì)地位。而工業(yè)自動(dòng)化儀表作為工業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)及發(fā)展有著很大的影響。因此，需要在自動(dòng)化儀表技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，去改善現(xiàn)在的工業(yè)生產(chǎn)模式，進(jìn)一步提高我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化、智能化水平[1]。

1工業(yè)自動(dòng)化儀表

傳統(tǒng)的熱力儀表有很多方面是不如工業(yè)自動(dòng)化儀表的，傳統(tǒng)的熱力儀表與工業(yè)自動(dòng)化儀表的最根本的差距在于工業(yè)自動(dòng)化儀表無需人工操作就可自行實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。并且能夠自己進(jìn)行自我監(jiān)督和調(diào)控，如圖1所示。工業(yè)自動(dòng)化儀表能自己完成操作任務(wù)包括記錄自身的數(shù)據(jù)和監(jiān)督控制以及測(cè)量等等，并且能夠按照規(guī)定的要求所測(cè)得的數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)終端并進(jìn)行采集和自我保存。自動(dòng)化儀表在生產(chǎn)中的應(yīng)用在提高了生產(chǎn)效率的同時(shí)也降低了企業(yè)再生產(chǎn)過程中所投入的成本，并且企業(yè)也能夠隨時(shí)獲得最新的生產(chǎn)數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行分析。工業(yè)自動(dòng)化儀表的應(yīng)用降低了企業(yè)在工業(yè)生產(chǎn)中的能耗和人工成本的投入，最終能夠達(dá)到低能耗，節(jié)能生產(chǎn)的企業(yè)目標(biāo)[2]。工業(yè)自動(dòng)化儀表的運(yùn)行方式如下：無需人工操作，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)自動(dòng)采集企業(yè)所需要的數(shù)據(jù)信息，并且及時(shí)的傳送到企業(yè)數(shù)據(jù)終端，能夠讓企業(yè)及時(shí)的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

2自動(dòng)化控制技術(shù)

信息收集、整理、分析三個(gè)功能結(jié)合在一起就是工業(yè)自動(dòng)化儀表。自動(dòng)化的基礎(chǔ)是收集和整理企業(yè)內(nèi)中的各種信息，以完備的信息來促進(jìn)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展作為前提。工業(yè)自動(dòng)化儀表變送器結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。在目前，自動(dòng)化儀表的生產(chǎn)控制和研發(fā)進(jìn)展受到了企業(yè)的高度重視，要想合理的運(yùn)用好自動(dòng)化技術(shù)就要求企業(yè)的工作人員要了解自動(dòng)化技術(shù)相關(guān)方面的知識(shí)并且要熟悉自動(dòng)化儀表的操作方法以及區(qū)分出自動(dòng)化生產(chǎn)過程中每個(gè)步驟的不同。定期對(duì)自動(dòng)化儀表的性能進(jìn)行檢測(cè)，如發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí)的進(jìn)行維修處理。自動(dòng)化控制技術(shù)要控制好各項(xiàng)工作的進(jìn)行，各項(xiàng)信息的收集，維護(hù)好生產(chǎn)設(shè)備，采用科學(xué)的方法來增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益[3]。

3案例分析

在對(duì)儀表進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)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(zhǔn)確，隨意修改測(cè)量的方法，工作人員因疏忽造成的檢測(cè)誤差，這些人工誤差是很難去避免的[3]，而且人工操作對(duì)儀表進(jìn)行檢測(cè)的速度是比較慢的，難以滿足生產(chǎn)的需求。所以，為了能夠提高生產(chǎn)效率以及減少在檢測(cè)過程中由人工造成的錯(cuò)誤和誤差可以采用LabVIEW的自動(dòng)化儀表檢測(cè)工裝，用此方法能夠提高檢測(cè)的速度以及在簡(jiǎn)化檢測(cè)方法的同時(shí)減少檢測(cè)的錯(cuò)誤和誤差。LabVIEW是一種由美國(guó)儀器公司研究開發(fā)的程序開發(fā)環(huán)境，其作為一個(gè)數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件，能夠廣泛的應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化及學(xué)術(shù)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(dòng)化儀器檢測(cè)套件是在LabVIEW的軟件平臺(tái)中設(shè)計(jì)的，該自動(dòng)化儀器檢測(cè)套件能夠用于單卡的常溫校準(zhǔn)、卡套老化檢測(cè)、對(duì)及其的常溫進(jìn)行校準(zhǔn)及產(chǎn)品在出廠前的質(zhì)量檢測(cè)。這一切的操作都是在LabVIEW的基礎(chǔ)上完成的。通過LabVIEW編寫圖形化編程語言，并以框圖的形式創(chuàng)建程序，從而讓在能夠完成儀表檢測(cè)工作的同時(shí)不出現(xiàn)文字代碼，進(jìn)而有效提高工作的效率[5]。儀表檢測(cè)的自動(dòng)化和可視化能夠通過LabVIEW的自動(dòng)化儀表檢測(cè)工具而進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)化及可視化有著操作簡(jiǎn)便[6]，效果顯著，能夠?yàn)闄z測(cè)提供不錯(cuò)的幫助。

3.1總體設(shè)計(jì)

儀表檢測(cè)的工裝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，工裝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括可調(diào)電源、工裝底板、校準(zhǔn)模塊、下載器、轉(zhuǎn)換模塊、485模塊、USB-HUB、二維碼的掃描模塊和LabVIEW檢測(cè)系統(tǒng)。①可調(diào)電源：實(shí)現(xiàn)電壓和電源的大范圍調(diào)節(jié)，同時(shí)擴(kuò)大了直流電源供應(yīng)器的應(yīng)用，產(chǎn)生需要一組或是多組的電壓。②工裝底板：安裝自動(dòng)化檢測(cè)儀表和模塊。③校準(zhǔn)模塊：對(duì)儀表進(jìn)行校準(zhǔn)。④下載器：將儀表程序下載。⑤轉(zhuǎn)接模塊：將物理層信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。⑥485模塊：將模塊進(jìn)行叫轉(zhuǎn)并且保持LabVIEW檢測(cè)系統(tǒng)之間的互通。⑦USB-HUB：將USB接口進(jìn)行拓展。⑧二維碼掃描模塊：對(duì)設(shè)備的二維碼進(jìn)行掃描。⑨LabVIEW檢測(cè)系統(tǒng)：能夠?qū)崿F(xiàn)儀表的自動(dòng)化檢測(cè)。

3.2LabVIEW檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

LabVIEW的檢測(cè)系統(tǒng)主要通過二維碼掃描、上電測(cè)試、程序燒寫、冷端溫度檢測(cè)、儀表校準(zhǔn)、記錄存儲(chǔ)和結(jié)果判定來實(shí)現(xiàn)完整的自動(dòng)化檢測(cè)，程序流程如圖4所示。在經(jīng)過LabVIEW檢測(cè)系統(tǒng)后在通過儀表上的二維碼獲取相關(guān)設(shè)備的編號(hào)，再然后進(jìn)行檢查工裝上電的情況，如檢查后為正常上電后在進(jìn)行燒寫儀表程序，并將程序啟動(dòng)，進(jìn)行檢測(cè)冷端溫度及環(huán)境溫度，并通過校準(zhǔn)計(jì)算來提高測(cè)量的準(zhǔn)確程度，在將整體數(shù)據(jù)檢測(cè)完成并顯示后，完成檢測(cè)過程[7]。3.2.1二維碼掃描。二維碼之所以可以儲(chǔ)存巨大的信息量，跟其構(gòu)造有極大關(guān)聯(lián)。他由一定數(shù)量的黑白點(diǎn)在其中按照一定順序排列整合而成的[8]。這些黑白點(diǎn)可以是方形或圓形，他們分別代表著二進(jìn)制的1和0，因其排列順序的多樣性所以可以儲(chǔ)存信息，在儀表中儲(chǔ)存編號(hào)數(shù)據(jù)的就是二維碼。LabVIEW檢測(cè)系統(tǒng)首先識(shí)別儀表上的二維碼，然后便可儲(chǔ)存其號(hào)碼，在收集此儀表的數(shù)據(jù)信息是均可與號(hào)碼對(duì)應(yīng)。3.2.2程序燒寫。程序燒寫功能的實(shí)現(xiàn)需要使LabVIEW應(yīng)用更加普遍[9]，實(shí)用性增強(qiáng)，使此系統(tǒng)在進(jìn)行一系列操作的時(shí)候，不需要去借助其他輔助應(yīng)用程序。在進(jìn)行LabVIEW檢測(cè)系統(tǒng)程序燒寫的過程中，通過“執(zhí)行系統(tǒng)命令”VI查找整理好的數(shù)據(jù)并將其按照二進(jìn)制翻譯完成后使用Jlink保存到表格中?！皥?zhí)行系統(tǒng)命令”VI不同于其他，此系統(tǒng)管理文件信息和整理腳本數(shù)據(jù)是從VI內(nèi)部傳遞指令，通過Windows的應(yīng)用程序、命令行應(yīng)用程序來進(jìn)行。“執(zhí)行系統(tǒng)命令”VI參考圖5。3.2.3串口通信。LabVIEW檢測(cè)系統(tǒng)的校準(zhǔn)需要結(jié)合兩種類型的模塊，分別是校準(zhǔn)模塊和485模塊。LabVIEW檢測(cè)系統(tǒng)的串口通信并不是一氣呵成的，他有三個(gè)基本步驟：①串口初始化。串口的端口號(hào)、波特率、停止位、校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位需要根據(jù)VISAConfigureSerialPort.vi節(jié)點(diǎn)來進(jìn)行重置，參考圖6。②讀寫串口。串口的讀寫需要結(jié)合兩種不同類型的節(jié)點(diǎn)：VISARead節(jié)點(diǎn)與VISAWrite節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)，參考圖7、圖8。③要使得各個(gè)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。3.2.4數(shù)據(jù)記錄。LabVIEW系統(tǒng)在研發(fā)或者是試用期間會(huì)暴露一些缺陷，常見的有關(guān)于數(shù)據(jù)整理、收集和搜索等[10]。LabVIEW系統(tǒng)在工作的時(shí)候要求其收集和儀表編碼相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，若系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)收集到大量的數(shù)據(jù)，則數(shù)據(jù)處理庫(kù)會(huì)快速的接收、整理、統(tǒng)計(jì)最后保存系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)使用SQL語句輸入所需要進(jìn)行的指令，并選擇DSN連接，可以進(jìn)行創(chuàng)建表格、錄入信息、信息剖析、數(shù)據(jù)處理、查找信息和整理等多項(xiàng)過程，方便使用者更加便捷的查找所需要的數(shù)據(jù)信息。

3.3效果對(duì)比

與人工操作相比，LabVIEW檢測(cè)系統(tǒng)在檢測(cè)效率上實(shí)現(xiàn)了大幅度的提升，具體提升效果如表1所示。

4結(jié)束語

能夠合理的在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)，可以在工業(yè)生產(chǎn)中減少人力資源的投入，基本不需要工作人員管理從而實(shí)現(xiàn)無人化管理，促進(jìn)工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的發(fā)展，自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠幫助企業(yè)減少經(jīng)濟(jì)的投入，還能夠提高企業(yè)的工作效率。由于自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展，得到了社會(huì)各界的普遍認(rèn)可并在實(shí)際生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。這就需要我們?nèi)ヌ岣攥F(xiàn)有的工程質(zhì)量及工業(yè)生產(chǎn)能力，以來滿足工業(yè)自動(dòng)化儀表和自動(dòng)化控制技術(shù)在生產(chǎn)中得到更好的應(yīng)用。同時(shí)由于自動(dòng)化行業(yè)整體經(jīng)濟(jì)效益較低，需要相關(guān)單位必須結(jié)合我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際情況，注重技術(shù)創(chuàng)新，進(jìn)而提升我國(guó)工業(yè)整體實(shí)力。相信在不遠(yuǎn)的將來，自動(dòng)化科技的發(fā)展將會(huì)帶給我們更多的生活體驗(yàn)。

作者:譚一達(dá) 單位:中廣核工程有限公司