自動化儀器儀表及計算機系統(tǒng)融合對策

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摘要：如今，先進的嵌入式計算機系統(tǒng)已在社會中廣泛使用，特別是在一些傳統(tǒng)工業(yè)中的工業(yè)控制系統(tǒng)中有無數的應用。隨著科學技術信息的不斷發(fā)展，出現了基于信息測量與控制的自動化設備。先進的嵌入式計算機系統(tǒng)已被廣泛應用于自動化設備，并為儀器行業(yè)帶來了更大的發(fā)展空間。

關鍵詞：自動化儀器儀表；計算機系統(tǒng)；融合應用；嵌入式儀器儀表

1概述

隨著現代網絡信息技術的不斷發(fā)展，國內儀器行業(yè)也得到了極大的發(fā)展。結合計算機領域功能的自動化儀器的基本功能是測量社會和生活中的各種物質，以了解物質的特性和變化的規(guī)律等，因此將計算機技術以更高的水平引入實際測量中，可以使測量結果更加準確和自動化。今天，先進的嵌入式計算機系統(tǒng)以及先進的信息技術的先進信息技術的應用為自動化儀表的發(fā)展帶來了巨大的優(yōu)勢并極大地拓寬了市場。在實際應用中，不僅應改進和完善系統(tǒng)程序和軟件，還應為工具的開發(fā)提供高質量的服務，以實現高效、便捷和功能多樣化。

2嵌入式計算機系統(tǒng)的特點

嵌入式計算機系統(tǒng)較為依賴于當代計算機技術，并且主要適用于專業(yè)的計算機系統(tǒng)。該嵌入式計算機系統(tǒng)對計算機的功能、成本、可靠性和損耗提出了更高的要求，其最大的優(yōu)勢是可以根據客戶的需求適當地定制軟件和硬件。該系統(tǒng)體積小，能耗少，集成度高。在運行過程中，整個系統(tǒng)可以不斷簡化，智能化并聯網網絡化。到目前為止，嵌入式計算機已經經歷了芯片、標準總線、PC總線和先進高級的嵌入式技術的開發(fā)階段。在計算機硬件技術的不斷快速更新和發(fā)展中，先進的嵌入式計算機微處理器成為了人們廣泛關注的對象，系統(tǒng)的核心是幾個任務的同時操作。結合目前智能控制和網絡技術方面的優(yōu)勢，嵌入式計算機微處理器對行業(yè)產生了巨大影響，并為整個嵌入式計算機系統(tǒng)帶來了市場。

3新型自動化儀表的核心趨勢

先進高級的嵌入式計算機系統(tǒng)和先進的網絡技術的結合使儀器和儀表可以具有多種功能，例如測量和檢測、計算和補償，工程量處理以及故障診斷等。同時，借助網絡技術，嵌入式計算機系統(tǒng)可以通過遠程控制檢測和修復系統(tǒng)中的錯誤。在將設備管理引入高級嵌入式系統(tǒng)之前，這些功能無法實現。在高級嵌入式系統(tǒng)中，芯片、總線、接口是測量的關鍵要素，在嵌入式系統(tǒng)為技術支持的基礎上，測量行業(yè)將持續(xù)發(fā)展并塑造特定的特征和趨勢。

4儀器儀表中應用方案

4．1方案特點

（1）實時性好。在一些特定客戶獲取結果時，嵌入式系統(tǒng)可能會有延遲的現象，因此在設計過程中應更加注意此因素。（2）可靠性高。如果嵌入式系統(tǒng)發(fā)生故障，則對系統(tǒng)的可靠性有嚴格的要求，因為整個系統(tǒng)可能會癱瘓，并且可能會造成巨大損失。（3）整合水平要高。如果嵌入式系統(tǒng)是高度集成的，可以減少占用面積并提高開發(fā)效率。（4）低功耗。一些移動和便攜式設備需要安裝電池才能工作，因此耗電量需要做到盡可能的低。（5）較強的環(huán)境適應性。儀器儀表很少能抵抗環(huán)境干擾，并且通?？垢蓴_能力極差，特別是對光、熱和電等因素。因此，必須采取合理的抗干擾措施以減少這種情況的發(fā)生。

4．2開發(fā)過程

（1）以目標產品的功能為基礎。具體來說，嵌入式系統(tǒng)的主要目標是：根據目標分析的各種功能，我們使用相應的手段，例如數據收集、控件實現、標準定義等。（2）基于所需的產品功能選擇軟件和硬件。（3）嵌入式開發(fā)過程分為4個階段。1）軟件開發(fā)，用于直接硬件控制。2）對沒有圖形用戶界面的程序的開發(fā)。3）圖形界面的通用程序開發(fā)。4）先進的軟件開發(fā)。

5高級嵌入式計算機硬軟件設計和選型

5．1硬件

選擇高端嵌入式微處理器時，要考慮許多因素。首先是價格、性能、功耗等其他設備本身的因素。其次，還應考慮工程師過去在處理器方面的經驗。在控制成本的過程中，我們需要從整體開始，而不僅僅是關注某些方面。因為一個高速CPU會使成本成倍的增加。

5．2軟件

具有多種要求的微內核技術可以實現多任務系統(tǒng)的運行，包括靈活性、配置、可伸縮性和可移植性、高可靠性和高實時性等，都是它需要考慮的因素。但是它可以應用于多個版本的CPU，并且十分適用自動化設備的高級嵌入式計算機系統(tǒng)。目前，這項技術主要包括PSOS，VRTX，QNX，Linux。（1）在對RTOS系統(tǒng)評估時，應當綜合考慮各種因素。通?？梢酝ㄟ^調度機、內存、時間等來判斷。（2）軟件開發(fā)過程中的注意事項如下：首先，需要一個良好的開發(fā)環(huán)境。C和C++編程語言通常更適合在實時系統(tǒng)軟件開發(fā)中應用；其次，要滿足用戶的需求，實現圖形功能；最后，將網絡和通信功能集成到系統(tǒng)操作中。

6案例分析

某煉油化工公司分析各種專用設備以開發(fā)一種新型儀器儀表，并提出了反映實際需求的高級通用控制系統(tǒng)設計計劃。（1）需要使質量儀器控制器具有3個功能：1）實現溫度、壓力和流量的測量；2）儀表的具有靈活的控制功能；3）在線儀器儀表具有輸入、輸出、智能等多功能的特點，可以從控制中心接收命令，并向控制中心發(fā)送信息和傳感結構，可以在整個過程中實時顯示圖像。（2）用各種信號電源板組成通用控制系統(tǒng)，如嵌入式計算機系統(tǒng)、電源驅動器、IO板、信號調節(jié)板等。高端嵌入式計算機可以使用市售的主板，畢竟開發(fā)成本不能太過昂貴，并且應在內部設計一些調節(jié)板和驅動器以實現儀器所需的功能。控制器軟件包括一個基本程序（主程序）和3個服務程序。主程序的工作流程是：首先分析設備的狀態(tài)和參數，然后標記輔助設備的參數，以使系統(tǒng)正常工作，并在其他3個過程中扮演調度和管理的角色。設備IO服務程序的功能在主程序中。它在管理下執(zhí)行底層IO任務和后臺任務。面板鍵盤服務程序的操作模式和狀態(tài)與IO服務程序相似，并且設備的面板鍵盤通過中斷進行管理。最后，設備功能服務程序設計設備和該設備的特殊服務程序，根據該特殊功能在后臺運行，并由主程序直接控制和管理。（3）在開發(fā)新的自動化設備時，使用通用控制器系統(tǒng)使新設備的外觀更加美觀、方便、易于操作，同時可以滿足設備的各種功能。

7自動化儀器儀表計算機控制系統(tǒng)融合設計

用于自動化儀器的計算機控制系統(tǒng)軟件包括多種功能，例如數據收集、處理、統(tǒng)計和分析等。在軟件系統(tǒng)設計階段，計算機和外部接口、計算機系統(tǒng)的內部數據處理能力都應當是工作人員需要考慮的內容，但是以往后者經常被忽視。因此，在設計用于自動化儀器的計算機控制軟件的過程中，設計人員可以基于間接代碼、便捷界面和可擴展的程序的原則選擇合理的程序開發(fā)語言。例如在鋼鐵制造中的自動化儀器儀表與計算機控制系統(tǒng)融合應用，可以根據鋼坯溫度自動監(jiān)控系統(tǒng)的特性，使用VB語言。選擇語言后，可以在啟動后設置計算機系統(tǒng)的界面。通常，應將整個自動化儀器計算機控制系統(tǒng)的監(jiān)視界面的背景色設置為深色，并將主要圖形數據設置為淺色，以使現場儀器的檢測信息引人注目，同時避免檢測人員的視覺疲勞的現象出現。在主監(jiān)控界面的過程仿真階段，設計人員可以使用VB語言動畫設計功能來模擬和優(yōu)化過程流程。數據庫在自動化儀器的計算機控制系統(tǒng)中占有非常重要的位置。自動化儀器的數據可以存儲和分析、統(tǒng)計、查詢等。因此，在建立基本軟件系統(tǒng)后，相關人員可以使用數據庫控制來操作自動儀表計算機控制系統(tǒng)數據庫，并結合鋼廠生產中鋼坯溫度自動監(jiān)控的要求，通過有機集成多個數據庫來實現。查詢指定時間段內的所有設備記錄。在建立數據庫和主監(jiān)控界面之后，相關人員可以使用VB中的窗體打印功能。根據所見即所得的原理，在窗體上打印操作所有內容。在監(jiān)控預警設置模塊中，相關人員可以配合現場控制程序，根據實際工藝進行采樣和數據控制，進行合理的預警模塊設計。

8自動化儀器儀表與計算機控制系統(tǒng)調試實現舉例

在基本模塊設計完成后，為保證系統(tǒng)調試能穩(wěn)定運行，相關人員可以選擇PID整定參數作為出發(fā)點，以不斷優(yōu)化和改進控制過程。傳統(tǒng)工藝如在鋼鐵制造中，調試坯料溫度自動監(jiān)控系統(tǒng)的常用方法是根據溫度-時間曲線設置溫度控制功能的反復試驗方法。理論上的溫度控制曲線促進了真實鋼鐵生產中坯料溫度變化模式的動態(tài)指示。在獲得鋼坯溫度與理論曲線的重合度后，記錄并存儲實際溫度，將積分系數和微分系數設為0，并調整比例系數以促進鋼坯溫度曲線的周期性變化?；谧詣觾x表計算機控制系統(tǒng)的多通道采樣和輸出特性，相關人員可以根據單個控制單元的操作選擇不同的通道號，并編譯相應的程序。實現一臺計算機系統(tǒng)控制多臺自動化儀表，提高自動化儀表的控制效率和應用率，并降低能耗性。

9結語

嵌入式計算機系統(tǒng)現已在社會中得到廣泛應用，就其影響力而言，這些系統(tǒng)的生產在一定程度上促進了我國儀器工業(yè)的發(fā)展。對于嵌入式計算機系統(tǒng)的應用的態(tài)度，必須保持理性，結合現代技術的發(fā)展，引入先進的設計模式，并合理選擇具有成本效益的處理器系統(tǒng)，以實現設備的信息化與現代化和網絡化。在傳統(tǒng)工藝中，為保證生產自動化的順利進行，相關人員可以依靠計算機系統(tǒng)，并結合現有的儀器監(jiān)控數據，為自動化儀器的計算機控制硬件和軟件創(chuàng)建合理的設置。調試自動化儀表的計算機控制系統(tǒng)以及實際的管理要求，以便可以充分利用自動化儀表中融合計算機控制系統(tǒng)的優(yōu)勢。

參考文獻

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作者：張永清 吉歡琳 單位：河北建筑工程學院機械工程學院