工業(yè)自動化儀表及自動化控制淺析

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摘要：現(xiàn)如今，自動化控制技術(shù)和自動化儀表在各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)的領(lǐng)域當(dāng)中，自動化儀表技術(shù)以及自動控制技術(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。基于此，為進(jìn)一步研究工業(yè)自動化儀表，提高其自動化控制技術(shù)水平，文章主要從工業(yè)自動化儀表及自動化控制技術(shù)概述出發(fā)，介紹了一種工業(yè)自動化儀表自動化控制檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)是基于LabVIEW軟件平臺設(shè)計而成的，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)的自動水平。希望通過此次研究能夠為工業(yè)自動化發(fā)展提供借鑒經(jīng)驗。

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

0引言

在最近這些年，我國的自動化技術(shù)發(fā)展迅速，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用也越來越廣泛，推動工業(yè)制造不斷向自動化、智能化的方向發(fā)展。但現(xiàn)階段我國仍處于工業(yè)自動化生產(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)化升級方面處于劣勢地位。而工業(yè)自動化儀表作為工業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，對工業(yè)生產(chǎn)及發(fā)展有著很大的影響。因此，需要在自動化儀表技術(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)一步提高我國工業(yè)生產(chǎn)自動化、智能化水平[1]。

1工業(yè)自動化儀表

傳統(tǒng)的熱力儀表有很多方面是不如工業(yè)自動化儀表的，傳統(tǒng)的熱力儀表與工業(yè)自動化儀表的最根本的差距在于工業(yè)自動化儀表無需人工操作就可自行實現(xiàn)自動化操作。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)督控制以及測量等等，并且能夠按照規(guī)定的要求所測得的數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)終端并進(jìn)行采集和自我保存。自動化儀表在生產(chǎn)中的應(yīng)用在提高了生產(chǎn)效率的同時也降低了企業(yè)再生產(chǎn)過程中所投入的成本，并且企業(yè)也能夠隨時獲得最新的生產(chǎn)數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行分析。工業(yè)自動化儀表的應(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)自動化儀表的運行方式如下：無需人工操作，利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)自動采集企業(yè)所需要的數(shù)據(jù)信息，并且及時的傳送到企業(yè)數(shù)據(jù)終端，能夠讓企業(yè)及時的對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

2自動化控制技術(shù)

信息收集、整理、分析三個功能結(jié)合在一起就是工業(yè)自動化儀表。自動化的基礎(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)自動化產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展作為前提。工業(yè)自動化儀表變送器結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。在目前，自動化儀表的生產(chǎn)控制和研發(fā)進(jìn)展受到了企業(yè)的高度重視，要想合理的運用好自動化技術(shù)就要求企業(yè)的工作人員要了解自動化技術(shù)相關(guān)方面的知識并且要熟悉自動化儀表的操作方法以及區(qū)分出自動化生產(chǎn)過程中每個步驟的不同。定期對自動化儀表的性能進(jìn)行檢測，如發(fā)現(xiàn)問題要及時的進(jìn)行維修處理。自動化控制技術(shù)要控制好各項工作的進(jìn)行，各項信息的收集，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

在對儀表進(jìn)行檢測的時候，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，隨意修改測量的方法，工作人員因疏忽造成的檢測誤差，這些人工誤差是很難去避免的[3]，而且人工操作對儀表進(jìn)行檢測的速度是比較慢的，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過程中由人工造成的錯誤和誤差可以采用LabVIEW的自動化儀表檢測工裝，用此方法能夠提高檢測的速度以及在簡化檢測方法的同時減少檢測的錯誤和誤差。LabVIEW是一種由美國儀器公司研究開發(fā)的程序開發(fā)環(huán)境，其作為一個數(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，自動化儀器檢測套件是在LabVIEW的軟件平臺中設(shè)計的，該自動化儀器檢測套件能夠用于單卡的常溫校準(zhǔn)、卡套老化檢測、對及其的常溫進(jìn)行校準(zhǔn)及產(chǎn)品在出廠前的質(zhì)量檢測。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工作的同時不出現(xiàn)文字代碼，進(jìn)而有效提高工作的效率[5]。儀表檢測的自動化和可視化能夠通過LabVIEW的自動化儀表檢測工具而進(jìn)行實現(xiàn)，自動化及可視化有著操作簡便[6]，效果顯著，能夠為檢測提供不錯的幫助。

3.1總體設(shè)計

儀表檢測的工裝系統(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檢測系統(tǒng)。①可調(diào)電源：實現(xiàn)電壓和電源的大范圍調(diào)節(jié)，同時擴(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：安裝自動化檢測儀表和模塊。③校準(zhǔn)模塊：對儀表進(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：對設(shè)備的二維碼進(jìn)行掃描。⑨LabVIEW檢測系統(tǒng)：能夠?qū)崿F(xiàn)儀表的自動化檢測。

3.2LabVIEW檢測系統(tǒng)設(shè)計

LabVIEW的檢測系統(tǒng)主要通過二維碼掃描、上電測試、程序燒寫、冷端溫度檢測、儀表校準(zhǔn)、記錄存儲和結(jié)果判定來實現(xiàn)完整的自動化檢測，程序流程如圖4所示。在經(jīng)過LabVIEW檢測系統(tǒng)后在通過儀表上的二維碼獲取相關(guān)設(shè)備的編號，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，進(jìn)行檢測冷端溫度及環(huán)境溫度，并通過校準(zhǔn)計算來提高測量的準(zhǔn)確程度，在將整體數(shù)據(jù)檢測完成并顯示后，完成檢測過程[7]。3.2.1二維碼掃描。二維碼之所以可以儲存巨大的信息量，跟其構(gòu)造有極大關(guān)聯(lián)。他由一定數(shù)量的黑白點在其中按照一定順序排列整合而成的[8]。這些黑白點可以是方形或圓形，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存信息，在儀表中儲存編號數(shù)據(jù)的就是二維碼。LabVIEW檢測系統(tǒng)首先識別儀表上的二維碼，然后便可儲存其號碼，在收集此儀表的數(shù)據(jù)信息是均可與號碼對應(yīng)。3.2.2程序燒寫。程序燒寫功能的實現(xiàn)需要使LabVIEW應(yīng)用更加普遍[9]，實用性增強(qiáng)，使此系統(tǒng)在進(jìn)行一系列操作的時候，不需要去借助其他輔助應(yīng)用程序。在進(jìn)行LabVIEW檢測系統(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?！皥?zhí)行系統(tǒng)命令”VI參考圖5。3.2.3串口通信。LabVIEW檢測系統(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檢測系統(tǒng)的串口通信并不是一氣呵成的，他有三個基本步驟：①串口初始化。串口的端口號、波特率、停止位、校驗位、數(shù)據(jù)位需要根據(jù)VISAConfigureSerialPort.vi節(jié)點來進(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：VISARead節(jié)點與VISAWrite節(jié)點來實現(xiàn)，參考圖7、圖8。③要使得各個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)在工作的時候要求其收集和儀表編碼相對應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，若系統(tǒng)在短時間內(nèi)收集到大量的數(shù)據(jù)，則數(shù)據(jù)處理庫會快速的接收、整理、統(tǒng)計最后保存系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫使用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效果對比

與人工操作相比，LabVIEW檢測系統(tǒng)在檢測效率上實現(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現(xiàn)無人化管理，促進(jìn)工業(yè)自動化生產(chǎn)的發(fā)展，自動化控制技術(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。由于自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展，得到了社會各界的普遍認(rèn)可并在實際生產(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)自動化儀表和自動化控制技術(shù)在生產(chǎn)中得到更好的應(yīng)用。同時由于自動化行業(yè)整體經(jīng)濟(jì)效益較低，需要相關(guān)單位必須結(jié)合我國工業(yè)生產(chǎn)實際情況，注重技術(shù)創(chuàng)新，進(jìn)而提升我國工業(yè)整體實力。相信在不遠(yuǎn)的將來，自動化科技的發(fā)展將會帶給我們更多的生活體驗。

作者:譚一達(dá) 單位:中廣核工程有限公司