工業(yè)自動(dòng)化儀表與自動(dòng)化的控制技術(shù)分析

康 強(qiáng),謝明軍（.陜西北元化工集體有限公司，陜西榆林，7939;.榆林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西榆林,79300）

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工業(yè)自動(dòng)化儀表與自動(dòng)化的控制技術(shù)分析

康 強(qiáng)1,謝明軍2
（1.陜西北元化工集體有限公司，陜西榆林，719319;2.榆林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西榆林,719300）

摘要：進(jìn)入21世紀(jì)后，信息技術(shù)的迅猛發(fā)展及應(yīng)用，給企業(yè)在研制生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)帶來了革命性的改變。國內(nèi)一些儀器儀表生產(chǎn)企業(yè)相繼推出了具有自診斷功能的電工測(cè)試系統(tǒng)，并開始進(jìn)入智能儀器儀表市場(chǎng)領(lǐng)域。本文主要根據(jù)自動(dòng)化儀表技術(shù)的特點(diǎn)及其技術(shù)功能進(jìn)行分析，僅供參考。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化；儀器儀表；系統(tǒng)；無線通信

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)后，信息技術(shù)的迅猛發(fā)展及應(yīng)用，給企業(yè)在研制生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)帶來了革命性的改變，從設(shè)計(jì)方面來說，傳統(tǒng)的產(chǎn)品繪圖采用的是二維手工制圖方式，現(xiàn)階段多采用的是全三維數(shù)字化產(chǎn)品制圖；從生產(chǎn)流程上來說，傳統(tǒng)的生產(chǎn)流程為模線——樣板——標(biāo)準(zhǔn)樣件的模擬量協(xié)調(diào)現(xiàn)在則朝著全三維數(shù)字量協(xié)調(diào)模式的方向發(fā)展；從工藝設(shè)計(jì)的角度來說，傳統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)為二維離散式手工編制，現(xiàn)在向基于知識(shí)的全三維結(jié)構(gòu)化自動(dòng)工藝設(shè)計(jì)方向演進(jìn)；在制造方面，零件的加工已經(jīng)實(shí)現(xiàn)依據(jù)產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)模型的快速編程和仿真，部分車間甚至建立了車間物聯(lián)網(wǎng)，依據(jù)設(shè)備的使用情況和需求自動(dòng)排產(chǎn)?？梢哉f自動(dòng)化的應(yīng)用克服了傳統(tǒng)人工控制精度低、能耗高的缺點(diǎn)，使生產(chǎn)的質(zhì)量和效率有了大幅度提升，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)的高效化。

1 自動(dòng)化儀表技術(shù)特點(diǎn)

儀器儀表是多種科學(xué)技術(shù)的綜合產(chǎn)物，品種繁多，使用廣泛，而且不斷更新，有多種分類方法。按使用目的和用途來分，主要有汽車儀表、拖拉機(jī)儀表、船用儀表、航空儀表、導(dǎo)航儀器、農(nóng)業(yè)測(cè)試儀器、商業(yè)測(cè)試儀器、教學(xué)儀器、醫(yī)療儀器、環(huán)保儀器等。隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來，自動(dòng)化儀表技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出一些新的特點(diǎn)，引起了儀表業(yè)界的關(guān)注。

1.1新技術(shù)普遍應(yīng)用，信息技術(shù)同工業(yè)化的聯(lián)系日益緊密，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）、數(shù)字信號(hào)處理（DSP）、專用集成電路（ASIC）及表面貼裝技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)紛紛應(yīng)用到自動(dòng)化儀表的應(yīng)用當(dāng)中。

1.2產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，自動(dòng)化儀器朝著兩個(gè)方向發(fā)展，一個(gè)是高檔單機(jī)儀器的研制與開發(fā)，另一個(gè)是系統(tǒng)化、軟件化的儀器的開發(fā)。CPU在各類儀器中的應(yīng)用越加廣泛，儀器朝著數(shù)字化的方向發(fā)展，未來儀器設(shè)計(jì)可歸納成一個(gè)簡(jiǎn)單的公式：儀器=AD/ DA+CPU+軟件，其運(yùn)作流程是儀器獲取信息后通過AD芯片將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過軟件處理變換后用DA輸出。

1.3開發(fā)準(zhǔn)則發(fā)生變化。傳統(tǒng)自動(dòng)化儀器追求高精尖，希望在自動(dòng)化儀器中應(yīng)用的新技術(shù)越多越好，而現(xiàn)在自動(dòng)化儀器的生產(chǎn)以滿足市場(chǎng)和消費(fèi)者的需要為先導(dǎo)，市場(chǎng)需要自動(dòng)化儀器具備什么樣的技術(shù)就應(yīng)用什么樣的技術(shù)，做到功能和性能恰到好處，滿足用戶的需要。

2 技術(shù)功能分析

隨著半導(dǎo)體和集成電路技術(shù)的深化發(fā)展，且在于計(jì)算機(jī)技術(shù)同和下自動(dòng)化儀表技術(shù)表現(xiàn)出以下強(qiáng)大的功能：

2.1 自主記憶操作功能

在傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用中以時(shí)序電路或是邏輯電路為主，因?yàn)榫窒扌云湓O(shè)置狀態(tài)的記憶多局限在操作空間，而自動(dòng)化儀表技術(shù)改變了之一現(xiàn)狀，它將計(jì)算機(jī)芯片或其他裝置融入自動(dòng)化儀表中，使得操作空間容納更多的記憶，突破了操作空間限制。

2.2 軟件編程控制功能

自動(dòng)化儀表技術(shù)應(yīng)用了先進(jìn)的軟件管理的形式對(duì)各種儀表進(jìn)行控制，可以應(yīng)用軟件編程的功能更換落后的時(shí)序控制，簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)，降低了以往硬件邏輯電路中故障發(fā)生率。

2.3 網(wǎng)絡(luò)化控制功能

通過與計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合，自動(dòng)化儀表技術(shù)完成了網(wǎng)絡(luò)整體化，且在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和自動(dòng)模式識(shí)別的推動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)了適應(yīng)、聯(lián)想等功能的自動(dòng)化，使得工業(yè)應(yīng)用儀器實(shí)現(xiàn)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化，并可對(duì)生產(chǎn)中各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行自主檢測(cè)、測(cè)量及轉(zhuǎn)換，加快了數(shù)據(jù)

處理工作的智能化。

3 自動(dòng)化儀表工程項(xiàng)目全局信息和全生命周期信息的整合

全局和全生命周期的信息化整合本質(zhì)上是自動(dòng)化儀表系統(tǒng)的全面可互操作性，可互操作性是分層次的，最基本的是過程控制機(jī)的互操作，即控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)儀表表層的可互操作，向上一層是控制系統(tǒng)維修與生產(chǎn)設(shè)備診斷信息的可互操作，在高一層是業(yè)務(wù)企業(yè)管理信息的可互操作，全局信息化整合首先要實(shí)現(xiàn)全局信息的可互操作性。

不同層級(jí)實(shí)現(xiàn)可互操作的技術(shù)和方法是不完全一樣的。在控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)儀表層主要技術(shù)是：功夫塊、EDDL(電子設(shè)備描述語言)、FDT/DTM(現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工具/設(shè)備類型管理器)、OPCUA(原OleforProcessControl，過程控制控制用對(duì)象鏈接和嵌入：現(xiàn)Openness，Productivity&Collaboration,開放、生產(chǎn)率和協(xié)作；企業(yè)管理層則部分借助于MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))技術(shù)。

同時(shí)，全局信息整合至少要使企業(yè)各層之間的信息交換無障礙，且自動(dòng)化儀表技術(shù)及控制技術(shù)是“企業(yè)集成”的過程，通過將原料、設(shè)備、產(chǎn)品、控制系統(tǒng)、儀表等實(shí)體事物及生產(chǎn)流程進(jìn)行集中、管理和控制，借助于計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算和處理，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)、管理過程的自動(dòng)化發(fā)展，但企業(yè)自動(dòng)化、信息化的前提必須以信息模型的構(gòu)建為前提，建立信息模型是自動(dòng)化儀表技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵所在，主要內(nèi)容涉及：

3.1描述事物的信息模型：描述生產(chǎn)原料、元件、控制系統(tǒng)儀生產(chǎn)用裝置、設(shè)備、生產(chǎn)過程的狀態(tài)、中間和最終產(chǎn)品內(nèi)容的信息模型，這種類型的模型要把對(duì)象的基本屬性描述出來，典型代表是IEC361987工業(yè)過程測(cè)量與控制過程設(shè)備目錄中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和元素系列標(biāo)準(zhǔn)和IEC61360與電子元件分類方案相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)元素類型系列標(biāo)準(zhǔn)。

3.2描述事物之間關(guān)系的模型。自動(dòng)化儀表工程全局信息整合的關(guān)鍵是對(duì)企業(yè)事物進(jìn)行優(yōu)化，這需認(rèn)識(shí)事物之間的定量關(guān)系，并將以數(shù)字模型形式表現(xiàn)出來。

3.3描述對(duì)象過程信息模型：描述企業(yè)生產(chǎn)過程、管理過程，典型代表是IEC62264企業(yè)系統(tǒng)集成系列標(biāo)準(zhǔn)。

通過這些方法即可建立具有可互操作性的信息庫，并服務(wù)于企業(yè)的自動(dòng)化儀表技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展。

4 總結(jié)

工業(yè)自動(dòng)化儀表作為工業(yè)發(fā)展中的重要技術(shù)，伴隨著自動(dòng)化技術(shù)的日漸成熟，工業(yè)自動(dòng)化儀表的質(zhì)量和控制精度不斷提升，逐漸取代了人工控制，向高效、安全、低能耗的方向發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化儀表與自動(dòng)化控制技術(shù)的結(jié)合是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。我國自動(dòng)化儀表業(yè)界應(yīng)推進(jìn)質(zhì)量控制業(yè)務(wù)流程的標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)字化，加快從制造大國轉(zhuǎn)向制造強(qiáng)國，抓住工業(yè)4.0給質(zhì)量控制技術(shù)發(fā)展帶來的機(jī)遇，重點(diǎn)突破質(zhì)量控制手段與方法上的薄弱環(huán)節(jié)，提升質(zhì)量控制能力與水平，引領(lǐng)中國制造，實(shí)現(xiàn)從數(shù)字化向智能化的邁進(jìn)。

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Analysis of control technology of industrial automation instrumentation and automation

Kang Qiang1,Xie Mingjun2
（1.Shaanxi Beiyuan Chemical Group Co.,ShaanxiYulin,719319
2.Yulin Vocational And Technical College，ShaanxiYulin,719300）

Abstract：In twenty-first Century,the rapid development of information technology and application,bring a revolutionary change in all aspects of development and production.Some domestic instrument production enterprises have launched with electrical test system self diagnostic function,and began to enter the field of intelligent instrument market.According to the characteristics and technical features of automation technology are analyzed,for reference only.

Keywords：automation;instrumentation;wireless communication system