電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)中的智能化控制技術(shù)分析

劉向銘 曹 碩 荊少駿

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300451）

智能化控制技術(shù)主要通過(guò)內(nèi)部微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)改進(jìn)電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)，提高智能化水平。通過(guò)計(jì)算機(jī)界面操作，幫助相關(guān)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，完成高效率的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、運(yùn)算與分析工作。新時(shí)期下，為推動(dòng)電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，滿足其工業(yè)使用要求，在電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)中整合應(yīng)用智能化控制技術(shù)十分必要。

1 電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)的智能化控制技術(shù)

儀器儀表系統(tǒng)在原有設(shè)備基礎(chǔ)上加入先進(jìn)、智能化的控制系統(tǒng)，有機(jī)整合軟件和硬件，涵蓋多項(xiàng)智能高新技術(shù)，促進(jìn)儀器儀表運(yùn)行穩(wěn)定性提高的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行異常問(wèn)題的自動(dòng)化處理，進(jìn)而有效提升生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

在電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，為有效提高系統(tǒng)的智能化水平，整合應(yīng)用智能技術(shù)是首選，不僅能滿足平穩(wěn)生產(chǎn)需求，還能有效提升系統(tǒng)功能的多樣性。將智能控制技術(shù)應(yīng)用于電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)，相關(guān)人員可以測(cè)量系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)，直接管控儀器儀表，降低裝置和系統(tǒng)出現(xiàn)故障的可能性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)加工，盡可能消除電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常和故障?，F(xiàn)階段，智能化已成為工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，相關(guān)研發(fā)工作持續(xù)深入。從發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，智能技術(shù)與儀器儀表系統(tǒng)的結(jié)合意義深遠(yuǎn)，是工業(yè)智能化進(jìn)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]。

1.1 智能傳感技術(shù)

智能傳感技術(shù)是智能化控制技術(shù)的重要組成部分，不少智能技術(shù)的應(yīng)用都離不開(kāi)傳感技術(shù)的輔助。將智能傳感技術(shù)應(yīng)用于電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)，能夠促進(jìn)系統(tǒng)的平穩(wěn)化、自動(dòng)化運(yùn)行。以工業(yè)生產(chǎn)為例，智能傳感技術(shù)在電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)中的主要作用在于有效收集系統(tǒng)信息，夯實(shí)數(shù)據(jù)信息處理、指標(biāo)傳達(dá)等基礎(chǔ)，并借助硬件設(shè)備合理安裝智能傳感器。相關(guān)人員依托于硬件設(shè)備，可獲取目標(biāo)信號(hào)，借助穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)，順利接收相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。要注意，在連接不同硬件設(shè)備時(shí)，相關(guān)人員需全面分析電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)的運(yùn)行情況，確保智能傳感器安裝位置合適。連接后，由控制系統(tǒng)發(fā)出指令，根據(jù)指令內(nèi)容硬件設(shè)備給出相應(yīng)反饋，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。當(dāng)硬件設(shè)備完成數(shù)據(jù)信號(hào)接收工作后，轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)并向控制器傳輸，保證儀器儀表系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制[2]。

1.2 人機(jī)交互技術(shù)

在電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)智能化改進(jìn)與應(yīng)用方面，人機(jī)交互主要負(fù)責(zé)簡(jiǎn)化操作流程與內(nèi)容，為相關(guān)工作人員帶來(lái)便利。在當(dāng)前的電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)中，人機(jī)交互技術(shù)是智能化技術(shù)體系的核心組成部分，應(yīng)有機(jī)結(jié)合“人工”與“技術(shù)”，開(kāi)展切實(shí)有效的人機(jī)互動(dòng)，依托電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)和工作人員之間的穩(wěn)定聯(lián)系，確保落實(shí)指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器儀表的準(zhǔn)確控制。目前，在電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)領(lǐng)域，人機(jī)交互技術(shù)的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，相關(guān)工作人員直接輸入操作指令即可。電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)將會(huì)精準(zhǔn)執(zhí)行指令內(nèi)容與要求，進(jìn)而遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，提高控制效率，減少成本投入。

以攜帶微處理器的儀器儀表操作為例。此類儀器儀表實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的基礎(chǔ)是面板功能鍵與數(shù)字鍵，相關(guān)人員應(yīng)用查詢功能對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描、響應(yīng)或中斷，能夠順利讀取鍵值，實(shí)現(xiàn)功能子程序的運(yùn)轉(zhuǎn)、執(zhí)行，進(jìn)而完成相應(yīng)的作業(yè)。但是在使用期間，工作人員需要借助說(shuō)明書熟悉操作方法。在智能控制技術(shù)的支持下，如菜單式人機(jī)交互技術(shù)，可推動(dòng)智能化儀器的操作向菜單式、傻瓜型方向發(fā)展，工作人員通過(guò)液晶屏及其菜單選項(xiàng)，即可完成電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)設(shè)置和指令下達(dá)工作，有效提升前臺(tái)儀器操作的便利性。

在菜單式界面的智能儀器中，操作人員通過(guò)按鍵或旋轉(zhuǎn)式光電編碼開(kāi)關(guān)即可完成指令輸入。菜單式交互界面的輸出部件可選用點(diǎn)陣式液晶顯示器，此類顯示器能夠顯示多種類型的信息數(shù)據(jù)，如圖形、字符等。同時(shí)，這種結(jié)構(gòu)很適合儀器在改進(jìn)或升級(jí)時(shí)增加和更換功能程序模塊。為了提高系統(tǒng)效率，采用中斷方式進(jìn)行鍵盤操作響應(yīng)。在具有操作信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)處理相應(yīng)操作?，F(xiàn)在很多單片微控制器的輸入/輸出（Input/Output，I/O）口線都帶有鍵盤中斷功能，可通過(guò)上拉電阻的形式直接接到這些I/O 口線上。人機(jī)界面交互過(guò)程如圖1 所示。

圖1 人機(jī)界面交互過(guò)程

人機(jī)交互技術(shù)基于界面狀態(tài)的程序結(jié)構(gòu)為上位計(jì)算機(jī)介入后對(duì)儀器的控制提供了軟件平臺(tái)。在執(zhí)行指令時(shí)，只需在串口中斷服務(wù)程序中根據(jù)上位機(jī)的命令來(lái)分支調(diào)用子程序，為儀器儀表的遠(yuǎn)程操作和實(shí)地監(jiān)視提供了便利。

2 基于電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)分析智能化控制技術(shù)的應(yīng)用

2.1 改良儀表結(jié)構(gòu)性能

電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)應(yīng)用智能化控制技術(shù)后，相較于以往的系統(tǒng)功能體系，將顯著增加信息智能化識(shí)別功能。相關(guān)人員通過(guò)使用人機(jī)交互技術(shù)，根據(jù)生產(chǎn)需求編寫操作程序并下達(dá)指令，能夠令電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)保持自動(dòng)化運(yùn)行狀態(tài)，靈活滿足各種運(yùn)行、生產(chǎn)需求。在電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，這一操作能有效提升儀器儀表運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行效果。

智能化控制技術(shù)通常應(yīng)用于儀器儀表結(jié)構(gòu)性能改造和改良方面，可以強(qiáng)化生產(chǎn)效果。具體而言，電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)將根據(jù)運(yùn)行情況對(duì)儀器儀表參數(shù)等進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，并根據(jù)出現(xiàn)的各類異常自動(dòng)執(zhí)行各種運(yùn)行決策。在智能化控制技術(shù)的應(yīng)用下，電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)在面對(duì)海量信息數(shù)據(jù)時(shí)，具有更為強(qiáng)大的信息采集、分析、整合和傳輸能力，能夠保證數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，充分發(fā)揮系統(tǒng)功能，促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)力的大幅提升[3]。

以埋刮板輸送機(jī)為例，它作為電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)中的重要組成部分，主要負(fù)責(zé)物料的輸送，且多為具有毒性、飛揚(yáng)性等特質(zhì)的物料，因此輸送工作伴隨一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)這一情況，智能化控制技術(shù)主要致力于改善輸送環(huán)境。驅(qū)動(dòng)、安全保護(hù)裝置、殼體、張緊裝置和鏈條是以往埋刮板輸送機(jī)的構(gòu)成部分，為提升此類設(shè)備運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，從智能化控制技術(shù)整合應(yīng)用的角度來(lái)看，可增加智能傳感器，如圖爾克非接觸式傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備脈沖信號(hào)的準(zhǔn)確檢測(cè)，進(jìn)而為其失速、斷鏈等提供保護(hù)。需注意，開(kāi)展跳鏈保護(hù)改造工作時(shí)，需要應(yīng)用另外兩個(gè)智能傳感器對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，若檢測(cè)結(jié)果顯示信號(hào)同步，則意味著設(shè)備聯(lián)調(diào)工作處于正常狀態(tài)。

同時(shí)，根據(jù)智能傳感器側(cè)重點(diǎn)選擇合適裝置，并做好配套部署工作。以N35-C40-FZ32 傳感器為例，操作人員應(yīng)明確其運(yùn)行條件。該傳感器對(duì)電源信號(hào)的獲取主要來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)控制箱，因此應(yīng)選擇合適的部署位置，確保信號(hào)傳輸?shù)浇咏_(kāi)關(guān)上，利用接近開(kāi)關(guān)常開(kāi)點(diǎn)和常閉點(diǎn)實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸，使配電室可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）柜順利接收，并重新分配、變成輸入/輸出（Input/Output，I/O）點(diǎn)。為進(jìn)一步提高設(shè)備控制的智能化水平，工作人員可比對(duì)電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)、工控電腦和上位機(jī)Cimplicity 的技術(shù)指標(biāo)，在明確掌握改造技術(shù)要求的前提下，確定控制系統(tǒng)與設(shè)備選型，結(jié)合當(dāng)前電氣化、空間檢修條件等客觀因素對(duì)控制器進(jìn)行改造優(yōu)化。為確?？刂葡到y(tǒng)支持分布式I/O 控制方式，可選用開(kāi)關(guān)接點(diǎn)、電氣接線更少的接觸式系統(tǒng)，降低出現(xiàn)故障的可能性。或直接選用自帶故障檢測(cè)和報(bào)警功能的產(chǎn)品，通過(guò)電氣接入方式整改局部，滿足控制器智能化改造要求。

改造后，埋刮板輸送機(jī)儀器儀表控制系統(tǒng)操作更加簡(jiǎn)化，結(jié)構(gòu)性能得到改良，滿足智能化預(yù)期生產(chǎn)控制要求的同時(shí)能提高設(shè)備生產(chǎn)效率，減少后期維護(hù)工作量及相關(guān)資源投入，減少維護(hù)操作人員的冗余勞動(dòng)力，通過(guò)智能化技術(shù)改造降低設(shè)備運(yùn)行成本，提高了生產(chǎn)效益。

2.2 加強(qiáng)系統(tǒng)監(jiān)控應(yīng)用

在智能化背景下，可視化監(jiān)控已成為電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)發(fā)展、建設(shè)重點(diǎn)，因此智能化控制技術(shù)可應(yīng)用于系統(tǒng)監(jiān)控，提高儀器儀表的智能化水平和系統(tǒng)運(yùn)行的整體水平。具體而言，在智能化控制技術(shù)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，為實(shí)現(xiàn)對(duì)電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化控制，智能系統(tǒng)綜合分析自動(dòng)化分析時(shí)產(chǎn)生的參數(shù)，聯(lián)合智能化監(jiān)測(cè)設(shè)備和智能化傳輸設(shè)備構(gòu)建完整的監(jiān)控系統(tǒng)，全面收集電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)運(yùn)行期間產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)，此過(guò)程具有實(shí)時(shí)性特點(diǎn)。數(shù)據(jù)采集期間，智能監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析工作也在同步展開(kāi)，為電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)故障診斷、控制等工作提供依據(jù)，有效控制故障影響，提升電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)運(yùn)行的平穩(wěn)性，將原本聚焦于事后處理的系統(tǒng)故障轉(zhuǎn)變?yōu)槭虑?，?shí)現(xiàn)電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)的前瞻管控[4]。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)控制方面的應(yīng)用

在電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)中，智能化控制技術(shù)還應(yīng)用于風(fēng)險(xiǎn)控制方面。隨著電子技術(shù)儀器儀表精細(xì)化水平的提高，控制系統(tǒng)愈發(fā)復(fù)雜。工業(yè)生產(chǎn)本身就是一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程，生產(chǎn)流程勢(shì)必夾雜一些安全風(fēng)險(xiǎn)因素，因此在智能化控制技術(shù)應(yīng)用中還體現(xiàn)了參數(shù)檢測(cè)和安全風(fēng)險(xiǎn)控制。在電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)智能化控制技術(shù)的應(yīng)用，如大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能技術(shù)等，相關(guān)人員可以通過(guò)智能電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)檢測(cè)設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)，根據(jù)參數(shù)分析判斷生產(chǎn)安全性，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)因素的及時(shí)排除與有效防控，避免其對(duì)生產(chǎn)過(guò)程造成較大影響。在智能電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)的運(yùn)行背景下，相關(guān)人員通過(guò)操作系統(tǒng)即可全面、準(zhǔn)確地采集生產(chǎn)參數(shù)信息，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)異常參數(shù)并給出預(yù)警，在智能化控制系統(tǒng)的配合下實(shí)現(xiàn)相應(yīng)操作指令的及時(shí)落實(shí)，定位具體的故障儀器儀表，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)的有效防控。例如，可應(yīng)用PLC 控制技術(shù)采集、控制生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)電子技術(shù)儀器儀表的無(wú)人值守智能監(jiān)控，減少人力成本，提高風(fēng)險(xiǎn)管控效率。

3 智能化控制技術(shù)應(yīng)用于電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)總結(jié)

第一，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)控制流程。根據(jù)分析可知，智能電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)的改造應(yīng)用可簡(jiǎn)化儀器儀表的控制流程，幫助相關(guān)人員應(yīng)對(duì)復(fù)雜的生產(chǎn)系統(tǒng)，提升生產(chǎn)安全穩(wěn)定性，避免系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)出現(xiàn)偏差。第二，提高了生產(chǎn)安全水平。目前，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程仍存在一定的安全隱患與風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)應(yīng)用智能化控制技術(shù)，如大數(shù)據(jù)、傳感技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的整合應(yīng)用，可有效提高儀器儀表運(yùn)行的安全性，為技術(shù)人員提供更強(qiáng)大的安全防護(hù)，減少故障的發(fā)生概率。而且，相關(guān)人員僅需輸入?yún)?shù)或指令即可分析安全隱患，系統(tǒng)將圍繞安全隱患給出具體報(bào)告，實(shí)現(xiàn)故障問(wèn)題的提前、快速解決[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

新時(shí)期下，各個(gè)領(lǐng)域?qū)﹄娮蛹夹g(shù)儀器儀表系統(tǒng)的應(yīng)用需求不斷增加，要求也逐漸提高。為滿足生產(chǎn)需要，應(yīng)深入分析智能化控制技術(shù)在電子技術(shù)儀器儀表系統(tǒng)中的應(yīng)用，不斷開(kāi)展智能化系統(tǒng)改造探索，以提高系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量與效率。