虛擬儀器技術(shù)在化工檢測(cè)中的應(yīng)用

金萬(wàn)福，許烈艷

（甘肅省化工研究院有限責(zé)任公司（甘肅創(chuàng)翼檢測(cè)科技有限公司），甘肅蘭州 730020）

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)由于具備豐富的內(nèi)涵，廣泛應(yīng)用在民用以及軍事領(lǐng)域。當(dāng)前虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用在化工檢測(cè)中，也取得了很好的應(yīng)用效果。需要全面分析化工檢測(cè)工作情況，并根據(jù)具體情況，制定完善的應(yīng)用方案，使檢測(cè)工作更加靈活性以及充分發(fā)揮自身功能。

1 虛擬儀器具備的含義

在進(jìn)行化工檢測(cè)過(guò)程中，采用傳統(tǒng)儀器不能實(shí)際負(fù)荷當(dāng)前檢測(cè)對(duì)儀器標(biāo)準(zhǔn)要求，隨著我國(guó)信息化技術(shù)得到快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)和測(cè)試技術(shù)的有效結(jié)合，產(chǎn)生虛擬儀器。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬儀器作為當(dāng)前普遍測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，需要掌握軟件儀器的核心技術(shù)思想。通過(guò)構(gòu)建完善的計(jì)算機(jī)模塊以及控制軟件，不斷優(yōu)化界面虛擬儀器面板，用戶通過(guò)自己實(shí)際需求合理定義虛擬儀器的相關(guān)性能，完成化工檢測(cè)樣品生成數(shù)據(jù)、數(shù)學(xué)采集、分析判斷、樣品顯示以及打印等相關(guān)工作。

2 虛擬儀器的構(gòu)成

2.1 設(shè)計(jì)硬件基本結(jié)構(gòu)

在進(jìn)行儀器測(cè)量過(guò)程中可以進(jìn)行電信號(hào)的輸出工作。應(yīng)用計(jì)算機(jī)合理的構(gòu)成過(guò)程，在進(jìn)行控制系統(tǒng)以及采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)時(shí)，被控對(duì)象參數(shù)和外部信號(hào)采集的參數(shù)常常是模擬量。然而，計(jì)算機(jī)通常只能進(jìn)行處理和接受數(shù)字量，需要及時(shí)轉(zhuǎn)為數(shù)字量，科學(xué)處理計(jì)算機(jī)接收工作。在控制住計(jì)算機(jī)主程序后，應(yīng)送入到有關(guān)虛擬界面，生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息內(nèi)容，有利于之后在處理數(shù)據(jù)信息內(nèi)容時(shí)提供了方便。在進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理過(guò)程中，很多被控的對(duì)象當(dāng)中具體執(zhí)行機(jī)構(gòu)，無(wú)法直接對(duì)數(shù)字量信號(hào)信息內(nèi)容進(jìn)行接受，所以采用計(jì)算機(jī)軟件合理進(jìn)行加工以后，才可以轉(zhuǎn)為模擬信號(hào)，有效地控制驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)了控制目的[1]。

2.2 優(yōu)化軟件整體結(jié)構(gòu)

在應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)過(guò)程中，功能軟件作為非常重要的核心和基礎(chǔ)，由開(kāi)發(fā)環(huán)境、儀器驅(qū)動(dòng)軟件和測(cè)量驅(qū)動(dòng)程序、數(shù)據(jù)信息管理工具以及高階測(cè)試相關(guān)工具共同組成。用戶在對(duì)集成式軟件進(jìn)行應(yīng)用過(guò)程中，需要控制和測(cè)量生成功能和自由地定義軟件系統(tǒng)。因此，虛擬儀器技術(shù)軟件的整體結(jié)構(gòu)，由VPP 軟件系統(tǒng)所制定的I/O 有關(guān)規(guī)范總成以及接口軟件標(biāo)準(zhǔn)（如圖1所示）。

虛擬儀器技術(shù)結(jié)構(gòu)圖采用自下而上的方式，構(gòu)成完整的層狀結(jié)構(gòu)，其中資源管理層作為最底層。用戶可以自行定義應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)層，作為可變層的虛擬儀器結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)虛擬儀器結(jié)構(gòu)整體的靈活性以及擴(kuò)展性，針對(duì)用戶應(yīng)用程序接口作為最頂層，虛擬儀器結(jié)構(gòu)資源的程序應(yīng)用可以得以實(shí)現(xiàn)。

圖1 虛擬儀器技術(shù)結(jié)構(gòu)圖

3 虛擬儀器技術(shù)在化工檢測(cè)中的具體應(yīng)用

當(dāng)前虛擬儀器系統(tǒng)具備了靈活性以及開(kāi)放性，虛擬儀器系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行同步發(fā)展，在進(jìn)行檢測(cè)應(yīng)用過(guò)程中，能夠幫助用戶節(jié)省大量的開(kāi)發(fā)時(shí)間，目前廣泛應(yīng)用在檢測(cè)領(lǐng)域當(dāng)中。虛擬儀器技術(shù)不斷發(fā)展時(shí)，沿著驅(qū)動(dòng)程序標(biāo)準(zhǔn)化、硬件模塊即插即用以及編程平臺(tái)圖形化方向發(fā)展。采用模塊化儀器作為虛擬儀器基礎(chǔ)，構(gòu)建完善且先進(jìn)的化工檢測(cè)技術(shù)，提高檢測(cè)整體質(zhì)量[2]。

3.1 加強(qiáng)測(cè)量的準(zhǔn)確性

在開(kāi)展化工檢測(cè)過(guò)程中，合理應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)，可以根據(jù)機(jī)外和機(jī)內(nèi)的基準(zhǔn)自動(dòng)開(kāi)展自校工作、存儲(chǔ)系統(tǒng)誤差工作，在測(cè)量時(shí)需要針對(duì)測(cè)量結(jié)果扣除系統(tǒng)誤差，提升化工檢測(cè)測(cè)量整體精確度。工作人員在每次進(jìn)行測(cè)試過(guò)程中，需要針對(duì)自校零點(diǎn)工作，輸入接地以后，需要將漂移電壓進(jìn)行存儲(chǔ)，扣除測(cè)量數(shù)據(jù)信息內(nèi)容。反復(fù)處理和分析化工檢測(cè)測(cè)量的相關(guān)數(shù)據(jù)信息內(nèi)容，從而提高測(cè)量結(jié)果的精確性，避免出現(xiàn)誤差現(xiàn)象。在進(jìn)行物理量檢測(cè)過(guò)程中，可以將制定函數(shù)和線性化關(guān)系內(nèi)容進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)化學(xué)儀器視角來(lái)看，對(duì)于實(shí)驗(yàn)整體精確性進(jìn)行不斷提升。當(dāng)前應(yīng)用普通儀器開(kāi)展反應(yīng)實(shí)驗(yàn)工作能夠直接顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果內(nèi)容，然而在前面的反應(yīng)條件以及處理過(guò)程并不是很清楚，可能直接影響化工檢測(cè)整體的穩(wěn)定性。合理應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)，能夠?qū)?shù)據(jù)信息實(shí)驗(yàn)內(nèi)容結(jié)果進(jìn)行測(cè)量，工作人員能夠清楚地了解反應(yīng)條件以及處理過(guò)程。針對(duì)多相催化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)工作，根據(jù)開(kāi)始直到結(jié)束的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及實(shí)驗(yàn)條件等，在進(jìn)行測(cè)量時(shí)需要具備連續(xù)性，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)信息的測(cè)量結(jié)果直接反映到PC機(jī)處理數(shù)據(jù)信息內(nèi)容，能夠?qū)?shù)據(jù)信息內(nèi)容進(jìn)行判斷，是否具備可行性，有效地對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

3.2 在線、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)靈活性

在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，需要科學(xué)處理分析虛擬儀器技術(shù)中反應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)中動(dòng)態(tài)信號(hào)以及相關(guān)信息內(nèi)容，是監(jiān)測(cè)狀態(tài)及診斷故障最重要的基礎(chǔ)工作內(nèi)容。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)信號(hào)信息內(nèi)容是合理運(yùn)用測(cè)量傳感器時(shí)獲得壓力、流量、溫度、質(zhì)量、液位等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)信息內(nèi)容。對(duì)于虛擬儀器軟件在進(jìn)行控制時(shí)，需要對(duì)化學(xué)數(shù)據(jù)信息內(nèi)容進(jìn)行及時(shí)轉(zhuǎn)換。合理運(yùn)用設(shè)計(jì)軟件，工作人員結(jié)合不同功能和用途以及實(shí)際情況，合理對(duì)界面以及儀器具備的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，不斷優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)，構(gòu)建完善的虛擬儀器技術(shù)。

如何采用短時(shí)間，降低能源成本，當(dāng)前社會(huì)廣泛關(guān)注怎樣獲取高效率產(chǎn)物。在生產(chǎn)過(guò)程中需要有效的控制質(zhì)量，通常情況在開(kāi)始反應(yīng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)時(shí)間間隔做好取樣、分離提純以及預(yù)處理等相關(guān)工作。工作人員在獲取樣品以后，需要分析定量以及定性工作，根據(jù)得到的反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度隨著時(shí)間不斷變化，可以獲取最佳生產(chǎn)條件。采用該化工檢測(cè)的方式周期時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)一些，如果反應(yīng)的過(guò)程比較快，不能及時(shí)獲取想要的數(shù)據(jù)信息內(nèi)容，有可能延誤工作人員調(diào)整相關(guān)操作工作，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。針對(duì)有害、有毒化工生產(chǎn)環(huán)境背景，可能對(duì)工作人員的人身健康帶來(lái)很大的傷害。針對(duì)這種情況，例如高壓、高溫的狀態(tài)下，不能直接進(jìn)行取樣檢測(cè)工作，采用在線測(cè)量工作，合理應(yīng)用虛擬儀器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生成物和反應(yīng)物濃度變化檢測(cè)工作，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制化工生產(chǎn)工作[3]。

3.3 設(shè)計(jì)仿真系統(tǒng)

具體化工和虛擬儀器進(jìn)行有效結(jié)合，合理運(yùn)用虛擬儀器，優(yōu)化仿真系統(tǒng)。合理應(yīng)用模型開(kāi)展研究實(shí)驗(yàn)過(guò)程，針對(duì)不同條件可以求解數(shù)學(xué)模型的整個(gè)過(guò)程，一般情況下，穩(wěn)態(tài)模擬過(guò)程作為一系列非線性或者是線性方程的具體的求解過(guò)程。在進(jìn)行化工實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)際實(shí)驗(yàn)設(shè)備組織實(shí)踐教學(xué)時(shí)，當(dāng)高溫高壓條件下存在失誤操作情況，可能會(huì)出現(xiàn)惡性的事故現(xiàn)象。針對(duì)實(shí)驗(yàn)條件，由于設(shè)備密封性能比較差，很容易存在著有毒氣體泄漏情況，導(dǎo)致出現(xiàn)污染環(huán)境和損壞健康等情況發(fā)生。然而，合理運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)，可以很好防止發(fā)生以上敘述的情況，合理運(yùn)用人工智能和CAT 理論，可以使虛擬儀器技術(shù)有效的進(jìn)行智能化判斷，提高檢測(cè)結(jié)果整體的準(zhǔn)確性[4]。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在開(kāi)展化工檢測(cè)過(guò)程中合理應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)，將開(kāi)放式工程應(yīng)用軟件和模塊化硬件組成構(gòu)成，具備各種儀器功能以及成本相對(duì)低廉系統(tǒng)，確保硬設(shè)備可互換性以及軟硬件緊密整合，滿足實(shí)際測(cè)試系統(tǒng)相關(guān)需求。采用開(kāi)放式測(cè)試平臺(tái)，能夠構(gòu)建完整的共同系統(tǒng)。在化工檢測(cè)時(shí)，合理應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)，結(jié)合PC 技術(shù)以及商業(yè)科學(xué)技術(shù)，促進(jìn)測(cè)量工作以及自動(dòng)化技術(shù)可以不斷發(fā)展。能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行控制，不斷提高科學(xué)技術(shù)水平，從而提升檢測(cè)結(jié)果，使檢測(cè)工作更加便捷。