工业自动化仪表及自动化控制技术研究

谭一达 TAN Yi-da

（中广核工程有限公司，深圳 518124）

0 引言

在最近这些年，我国的自动化技术发展迅速，在工业生产中应用也越来越广泛，推动工业制造不断向自动化、智能化的方向发展。但现阶段我国仍处于工业自动化生产的中低端，行业整体经济效益较低，在经济优化升级方面处于劣势地位。而工业自动化仪表作为工业生产中的关键设备，对工业生产及发展有着很大的影响。因此，需要在自动化仪表技术创新的基础上，去改善现在的工业生产模式，进一步提高我国工业生产自动化、智能化水平[1]。

1 工业自动化仪表

传统的热力仪表有很多方面是不如工业自动化仪表的，传统的热力仪表与工业自动化仪表的最根本的差距在于工业自动化仪表无需人工操作就可自行实现自动化操作。并且能够自己进行自我监督和调控，如图1 所示。工业自动化仪表能自己完成操作任务包括记录自身的数据和监督控制以及测量等等，并且能够按照规定的要求所测得的数据传送到数据终端并进行采集和自我保存。自动化仪表在生产中的应用在提高了生产效率的同时也降低了企业再生产过程中所投入的成本，并且企业也能够随时获得最新的生产数据并对其进行分析。工业自动化仪表的应用降低了企业在工业生产中的能耗和人工成本的投入，最终能够达到低能耗，节能生产的企业目标[2]。工业自动化仪表的运行方式如下：无需人工操作，利用计算机网络技术自动采集企业所需要的数据信息，并且及时的传送到企业数据终端，能够让企业及时的对数据进行处理和分析。

图1 工业自动化仪表

2 自动化控制技术

信息收集、整理、分析三个功能结合在一起就是工业自动化仪表。自动化的基础是收集和整理企业内中的各种信息，以完备的信息来促进自动化产业的可持续发展作为前提。工业自动化仪表变送器结构图如图2 所示。

图2 工业自动化仪表变送器结构图

在目前，自动化仪表的生产控制和研发进展受到了企业的高度重视，要想合理的运用好自动化技术就要求企业的工作人员要了解自动化技术相关方面的知识并且要熟悉自动化仪表的操作方法以及区分出自动化生产过程中每个步骤的不同。定期对自动化仪表的性能进行检测，如发现问题要及时的进行维修处理。自动化控制技术要控制好各项工作的进行，各项信息的收集，维护好生产设备，采用科学的方法来增加企业的经济收益[3]。

3 案例分析

在对仪表进行检测的时候，由于工作的枯燥无味以及工作人员所采用的操作方法不准确，随意修改测量的方法，工作人员因疏忽造成的检测误差，这些人工误差是很难去避免的[3]，而且人工操作对仪表进行检测的速度是比较慢的，难以满足生产的需求。所以，为了能够提高生产效率以及减少在检测过程中由人工造成的错误和误差可以采用LabVIEW 的自动化仪表检测工装，用此方法能够提高检测的速度以及在简化检测方法的同时减少检测的错误和误差。

LabVIEW 是一种由美国仪器公司研究开发的程序开发环境，其作为一个数据采集和仪器控制软件，能够广泛的应用在工业自动化及学术研究方面。LabVIEW 将VXI、RS-232 和RS-485 的功能也包含在其中[4]。

本篇文章中，自动化仪器检测套件是在LabVIEW 的软件平台中设计的，该自动化仪器检测套件能够用于单卡的常温校准、卡套老化检测、对及其的常温进行校准及产品在出厂前的质量检测。这一切的操作都是在LabVIEW的基础上完成的。通过LabVIEW 编写图形化编程语言，并以框图的形式创建程序，从而让在能够完成仪表检测工作的同时不出现文字代码，进而有效提高工作的效率[5]。

仪表检测的自动化和可视化能够通过LabVIEW 的自动化仪表检测工具而进行实现，自动化及可视化有着操作简便[6]，效果显著，能够为检测提供不错的帮助。

3.1 总体设计

仪表检测的工装系统结构如图3 所示，工装系统结构主要包括可调电源、工装底板、校准模块、下载器、转换模块、485 模块、USB-HUB、二维码的扫描模块和LabVIEW检测系统。

图3 自动化仪表检测工装系统结构

①可调电源：实现电压和电源的大范围调节，同时扩大了直流电源供应器的应用，产生需要一组或是多组的电压。

②工装底板：安装自动化检测仪表和模块。

③校准模块：对仪表进行校准。

④下载器：将仪表程序下载。

⑤转接模块：将物理层信号进行转换。

⑥485 模块：将模块进行叫转并且保持LabVIEW 检测系统之间的互通。

⑦USB-HUB：将USB 接口进行拓展。

⑧二维码扫描模块：对设备的二维码进行扫描。

⑨LabVIEW 检测系统：能够实现仪表的自动化检测。

3.2 LabVIEW 检测系统设计

LabVIEW 的检测系统主要通过二维码扫描、上电测试、程序烧写、冷端温度检测、仪表校准、记录存储和结果判定来实现完整的自动化检测，程序流程如图4 所示。在经过LabVIEW 检测系统后在通过仪表上的二维码获取相关设备的编号，再然后进行检查工装上电的情况，如检查后为正常上电后在进行烧写仪表程序，并将程序启动，进行检测冷端温度及环境温度，并通过校准计算来提高测量的准确程度，在将整体数据检测完成并显示后，完成检测过程[7]。

图4 LabVIEW 检测系统程序流程

3.2.1 二维码扫描

二维码之所以可以储存巨大的信息量，跟其构造有极大关联。他由一定数量的黑白点在其中按照一定顺序排列整合而成的[8]。这些黑白点可以是方形或圆形，他们分别代表着二进制的1 和0，因其排列顺序的多样性所以可以储存信息，在仪表中储存编号数据的就是二维码。LabVIEW 检测系统首先识别仪表上的二维码，然后便可储存其号码，在收集此仪表的数据信息是均可与号码对应。

3.2.2 程序烧写

程序烧写功能的实现需要使LabVIEW 应用更加普遍[9]，实用性增强，使此系统在进行一系列操作的时候，不需要去借助其他辅助应用程序。在进行LabVIEW检测系统程序烧写的过程中，通过“执行系统命令”VI 查找整理好的数据并将其按照二进制翻译完成后使用Jlink保存到表格中。“执行系统命令”VI 不同于其他，此系统管理文件信息和整理脚本数据是从VI 内部传递指令，通过Windows 的应用程序、命令行应用程序来进行。“执行系统命令”VI 参考图5。

图5 执行系统命令VI

3.2.3 串口通信

LabVIEW 检测系统的校准需要结合两种类型的模块，分别是校准模块和485 模块。LabVIEW 检测系统的串口通信并不是一气呵成的，他有三个基本步骤：

①串口初始化。串口的端口号、波特率、停止位、校验位、数据位需要根据VISAConfigureSerialPort.vi 节点来进行重置，参考图6。

图6 串口初始化

②读写串口。串口的读写需要结合两种不同类型的节点：VISARead 节点与VISAWrite 节点来实现，参考图7、图8。

图7 串口读

图8 串口写

③要使得各个指令方便的获取串口资源，还需要闭合串口，分散串口信息，如图9 所示。

图9 关闭串口

3.2.4 数据记录

LabVIEW 系统在研发或者是试用期间会暴露一些缺陷，常见的有关于数据整理、收集和搜索等[10]。LabVIEW 系统在工作的时候要求其收集和仪表编码相对应的数据信息，若系统在短时间内收集到大量的数据，则数据处理库会快速的接收、整理、统计最后保存系统需要的数据。数据库使用SQL 语句输入所需要进行的指令，并选择DSN 连接，可以进行创建表格、录入信息、信息剖析、数据处理、查找信息和整理等多项过程，方便使用者更加便捷的查找所需要的数据信息。

3.3 效果对比

与人工操作相比，LabVIEW 检测系统在检测效率上实现了大幅度的提升，具体提升效果如表1 所示。

表1 LabVIEW 检测系统与人工操作效率对比

4 结束语

能够合理的在工业生产中应用自动化控制技术，可以在工业生产中减少人力资源的投入，基本不需要工作人员管理从而实现无人化管理，促进工业自动化生产的发展，自动化控制技术的应用不仅能够帮助企业减少经济的投入，还能够提高企业的工作效率。由于自动化控制系统的发展，得到了社会各界的普遍认可并在实际生产中得到了广泛的应用。这就需要我们去提高现有的工程质量及工业生产能力，以来满足工业自动化仪表和自动化控制技术在生产中得到更好的应用。同时由于自动化行业整体经济效益较低，需要相关单位必须结合我国工业生产实际情况，注重技术创新，进而提升我国工业整体实力。相信在不远的将来，自动化科技的发展将会带给我们更多的生活体验。