以經(jīng)驗(yàn)論述自動(dòng)化儀表

　　摘要：本文從自動(dòng)化儀表的工作原理、使用選型、校準(zhǔn)維護(hù)、發(fā)展趨勢(shì)、設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)等方面，對(duì)自動(dòng)化儀表的現(xiàn)狀、使用、及發(fā)展趨勢(shì)做出了簡(jiǎn)單分析。

　　關(guān)鍵字：自動(dòng)化儀表；選型；校準(zhǔn)；發(fā)展趨勢(shì)

　　Abstract: This paper makes a simple analysis of the status quo, application and the development trends of automation instrument from the aspects of work principles, employ selection, calibration maintenance, development trends, design challenges.

　　Key words: automation Instrument; selection; calibration; development trends

　　中圖分類號(hào)：O652.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)：2095-2104（2012）

　　隨著現(xiàn)代科技進(jìn)步,自動(dòng)化得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。

　　1  自動(dòng)化儀表的使用選型

　　自動(dòng)化儀表品種、類型較多,正確選用并非易事,選用要堅(jiān)持實(shí)事求是的原則:

　　(1)不要輕信廠商宣傳,廠商為利所圖,往往對(duì)儀表的技術(shù)指標(biāo)夸大其詞,選用時(shí)要理性分析這些參數(shù)的依據(jù),有無(wú)檢驗(yàn)證明。

　　(2)按需選取,勿追求高指標(biāo),如不是用于商務(wù)計(jì)量,貿(mào)易核算,準(zhǔn)確度要求可以降低,如工控系統(tǒng)的某些場(chǎng)合,檢測(cè)、監(jiān)控儀表的重復(fù)性、可靠性好就可以了。

　　(3)全面考慮經(jīng)濟(jì)指標(biāo),儀表的經(jīng)濟(jì)性并非限于一次購(gòu)買費(fèi)用,還要考慮安裝維修(停產(chǎn)損失),是否節(jié)能(長(zhǎng)期運(yùn)行費(fèi))等因素。

　　2  自動(dòng)化儀表工作原理

　　自動(dòng)化儀表是自控系統(tǒng)中關(guān)鍵的子系統(tǒng)之一。一般的自動(dòng)化檢測(cè)儀表主要由三個(gè)部分組成:

　　(1)傳感器,利用各種信號(hào)檢測(cè)被測(cè)模擬量;

　　(2)變送器,將傳感器所測(cè)量的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?～20 mA的電流信號(hào),并送到可編程序控制器(PLC)中;

　　(3)顯示器,將測(cè)量結(jié)果直觀地顯示出來(lái),提供結(jié)果。

　　這三個(gè)部分有機(jī)地結(jié)合在一起,缺少其中的任何一部分,則不能稱為完整的儀表。自動(dòng)化檢測(cè)儀表以其測(cè)量精確、顯示清晰、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn),在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用,而且自動(dòng)化檢測(cè)儀表內(nèi)部具有與微機(jī)的接口,更是自動(dòng)化控制系統(tǒng)中重要的部分,被稱為自動(dòng)化控制系統(tǒng)的眼睛。

　　3  自動(dòng)化儀表的使用與維護(hù)

　　影響自動(dòng)化儀表精度的一大重要因素就是其工作環(huán)境，其中工作溫度尤為重要，,因此,系統(tǒng)的冷卻和散熱就顯得尤為的重要,良好的冷卻效果不僅能夠保證機(jī)箱和其中模塊的穩(wěn)定工作,更能提升相應(yīng)板卡和電源的平均故障時(shí)間間隔(MTBF)參數(shù)。一些專業(yè)的測(cè)量總線標(biāo)準(zhǔn),如PXI總線,在冷卻和散熱方面進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)范,包括對(duì)機(jī)箱中散熱氣流方向的定義、以槽為單位進(jìn)行散熱等確保系統(tǒng)在正常的工作溫度下完成測(cè)量任務(wù)。

　　為了保證生產(chǎn)過(guò)程安全、可靠的運(yùn)行,要隨時(shí)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中使用的儀表進(jìn)行維護(hù)。在自動(dòng)化儀表的使用過(guò)程中，要認(rèn)真做好巡回檢查工作，儀表工一般都有自己所轄儀表的巡檢范圍,根據(jù)所轄儀表分布情況,選定最佳巡檢路線,每天至少巡檢1次。巡回檢查時(shí), 要嚴(yán)格執(zhí)行儀表維護(hù)的操作規(guī)程，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，保證自動(dòng)化儀表的正常工作。

　　4  自動(dòng)化儀表的校準(zhǔn)

　　傳統(tǒng)的將生產(chǎn)過(guò)程中使用的儀表拿回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行校準(zhǔn)的方法已不能滿足生產(chǎn)的要求,取而代之的是在現(xiàn)場(chǎng)直接對(duì)儀表進(jìn)行校準(zhǔn)。

　　校準(zhǔn)的一般步驟是:預(yù)熱儀器(包括被校儀器以及標(biāo)準(zhǔn)源);設(shè)置儀器的狀態(tài),進(jìn)行測(cè)量記錄數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)結(jié)果判定并給出結(jié)論;自動(dòng)形成校準(zhǔn)證書和原始記錄。

　　自動(dòng)化校準(zhǔn)系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程首先,標(biāo)準(zhǔn)源和數(shù)字多用表按照要求開(kāi)機(jī)預(yù)熱,連接硬件設(shè)備(GPIB卡、488電纜等),硬件連接完成后,啟動(dòng)計(jì)算機(jī),搜尋整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的物理地址分配情況,根據(jù)搜索到的各個(gè)儀器地址,在校準(zhǔn)軟件運(yùn)行時(shí),設(shè)置正確的地址配置。 ①初始化設(shè)置模塊。雙擊相應(yīng)的自動(dòng)化校準(zhǔn)程序圖標(biāo),系統(tǒng)啟動(dòng),進(jìn)入測(cè)試系統(tǒng)主界面,主界面的風(fēng)格以簡(jiǎn)捷實(shí)用為主,左側(cè)是各功能按鈕。首先進(jìn)入的是初始化設(shè)置模塊。初始化模塊要設(shè)置被測(cè)試設(shè)備的校準(zhǔn)項(xiàng)目,設(shè)置被校儀器和標(biāo)準(zhǔn)源的GPIB地址,選擇是否是首次測(cè)試,此功能的目的是為了保存測(cè)量的數(shù)據(jù),防止意外發(fā)生使測(cè)量數(shù)據(jù)丟失,需要重新進(jìn)行測(cè)試。選擇中英文語(yǔ)言,選擇校準(zhǔn)、檢定,選擇被測(cè)試設(shè)備的名稱。初始化設(shè)置就完成了。②數(shù)據(jù)采集動(dòng)態(tài)顯示模塊。該模塊的主要功能包括:初始化儀器、設(shè)置儀器的狀態(tài)、測(cè)量數(shù)值、數(shù)據(jù)位數(shù)控制、動(dòng)態(tài)顯示數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)結(jié)果判定、數(shù)據(jù)保存等。自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集過(guò)程是完全模擬人工測(cè)量過(guò)程進(jìn)行測(cè)量的。儀器的初始化配置以及量程、顯示位數(shù)、精度、采樣數(shù)率、采樣時(shí)間、測(cè)量值、功能選擇等模塊從NI網(wǎng)站上下載,程序員也可以根據(jù)儀器編程說(shuō)明書提供的SCPI語(yǔ)言命令編寫相應(yīng)的模塊。本模塊中的數(shù)據(jù)顯示位數(shù)、數(shù)據(jù)量程、上下限等都是根據(jù)測(cè)試計(jì)量對(duì)儀器的要求而自動(dòng)生成的,數(shù)據(jù)結(jié)果判定也是自動(dòng)完成的。程序把那些不合格的數(shù)據(jù)用紅色的字體顯示,使計(jì)量員在測(cè)量結(jié)束后容易發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)不合格。數(shù)據(jù)采集動(dòng)態(tài)顯示模塊的前面板。③證書和原始記錄生成模塊。自動(dòng)生成證書和原始記錄,給計(jì)量員的工作帶來(lái)極大的便利,而且消除了人為操作易產(chǎn)生的出錯(cuò),解放了勞動(dòng)力。計(jì)量員只需在證書生成模塊的前面板輸入相關(guān)的儀器信息和校準(zhǔn)信息,校準(zhǔn)項(xiàng)目,選擇相應(yīng)的證書摸板,程序即可自動(dòng)生成相應(yīng)的校準(zhǔn)證書和原始記錄。證書模塊的前面板。

　　5  自動(dòng)化儀表發(fā)展趨勢(shì)

　　以自動(dòng)化儀表為依托，自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)迅速發(fā)展，已經(jīng)成為未來(lái)發(fā)展的主流趨勢(shì)：

　　(1) 結(jié)構(gòu)日趨簡(jiǎn)潔

　　從當(dāng)前發(fā)展最快的3種流量?jī)x表(電磁、超聲、科氏)來(lái)看,機(jī)械結(jié)構(gòu)都十分簡(jiǎn)潔,管道內(nèi)既無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)件,又無(wú)節(jié)流件。

　　(2)功能力求完善

　　隨著微電子、計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)的飛速發(fā)展,流量?jī)x表的功能日益完善、多樣,不少機(jī)械部分難以解決的問(wèn)題,依靠電子軟件則迎刃而解,如Krohne的智能電磁流量計(jì),不少超聲流量計(jì)不僅可測(cè)流量,還可測(cè)流體密度、組分、熱能等等。

　　(3)安裝日益簡(jiǎn)便

　　工業(yè)自動(dòng)化程度越高,用戶越歡迎采用安裝維護(hù)簡(jiǎn)便的產(chǎn)品,這也是插入式,外夾式儀表日益暢銷的原因。

　　6   自動(dòng)化儀表的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

　　自動(dòng)化測(cè)試工程師們?yōu)榱吮ＷC交付到客戶手中的產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性,在各種應(yīng)用領(lǐng)域 (從設(shè)計(jì)驗(yàn)證,經(jīng)終端產(chǎn)品測(cè)試,到設(shè)備維修診斷) 都采用自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)。他們使用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)執(zhí)行簡(jiǎn)單的“通過(guò)”或“失敗”測(cè)試,或者通過(guò)它執(zhí)行一整套的產(chǎn)品特性測(cè)試。由于設(shè)計(jì)周期后期產(chǎn)品瑕疵檢測(cè)的成本呈上升趨勢(shì),自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)迅速地成為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程中一個(gè)重要的部分。

　　如今的測(cè)試工程師們面臨著一系列新的壓力。他們所面臨的產(chǎn)品設(shè)計(jì)比前幾代更為復(fù)雜;為了保持競(jìng)爭(zhēng)力并滿足客戶要求,開(kāi)發(fā)周期要求越來(lái)越短 ;產(chǎn)品測(cè)試成本越來(lái)越高,而預(yù)算越來(lái)越少。

　　(1)不斷提高的設(shè)計(jì)復(fù)雜性:如今,測(cè)試測(cè)量的最明顯趨勢(shì)是器件復(fù)雜性不斷增加。例如,消費(fèi)電子、通信和半導(dǎo)體工業(yè)持續(xù)要求將數(shù)字圖象/視頻、高保真音頻、無(wú)線通信和因特網(wǎng)互聯(lián)性集成到一個(gè)單獨(dú)產(chǎn)品中。甚至在汽車中都集成了復(fù)雜的汽車娛樂(lè)和信息系統(tǒng)、安全和早期預(yù)警系統(tǒng),以及車身和發(fā)動(dòng)機(jī)上的控制電子裝備。測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅需要足夠靈活地支持對(duì)不同產(chǎn)品模型進(jìn)行廣泛的測(cè)試,還需要能夠進(jìn)行升級(jí)以提供新測(cè)試功能所需的更多測(cè)試點(diǎn)。

　　(2)更短的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期:

　　由于希望不斷提高新產(chǎn)品和技術(shù),擁有市場(chǎng)第一個(gè)占有率的競(jìng)爭(zhēng)天性,設(shè)計(jì)和測(cè)試工程團(tuán)隊(duì)只能不斷的縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。

　　(3) 國(guó)產(chǎn)化刻不容緩:

　　據(jù)了解,我國(guó)近年來(lái)進(jìn)口儀器儀表約130億美元,出口約30億美元(多為低附加值的電工儀表、家用水表、氣表),國(guó)內(nèi)大型工程選用國(guó)外儀表占2/3,而其價(jià)格為國(guó)產(chǎn)5~10倍,我國(guó)大型流量?jī)x表企業(yè)主要依靠國(guó)外技術(shù),缺乏擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)意識(shí),創(chuàng)新乏力;自動(dòng)化儀表國(guó)產(chǎn)化刻不容緩!

　　總之,只有設(shè)計(jì)出新的測(cè)試策略來(lái)減少測(cè)試時(shí)間,并提高從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的測(cè)試效率,才能更好的為企業(yè)服務(wù),自動(dòng)化儀表才能發(fā)揮更大的效能