工业自动化仪表与自动化控制技术的应用研究

　　摘 要：工业生产中，工业自动化仪表与自动化控制技术已经得到广泛应用，随着科技的进步，这些技术也得到迅速发展。文章讨论分析了自动化仪表和自动化技术的特点，阐述了工业自动化仪表与自动化控制技术的使用思路，分析了工业自动化仪表与自动化控制技术的使用方法，充分说明了自动化控制系统的智能性，以及在工业生产中的应用模式，可以通过自动化系统控制数据平台，指导工业生产，实现自动化控制的管理。

　　刘国超; 李春会， 科技创新与应用 发表时间：2021-08-18

　　关键词：工业自动化仪表;自动化控制技术;系统建设

　　随着科技的不断进步，工业自动化仪表技术也得到迅速发展。工业自动化仪表技术，最开始应用是被动的数据测量，测量后提交到系统测量系统中，其缺点是被动测量并传输的数据可能会有遗漏，由于没有按规定的时间、要求测量并传递，就导致一些测量数据缺失，用于系统数据分析的数据就不全面。随着近十几年的自动化仪表技术的快速发展，主动式数据测量系统发展很快，并被应用于制造业中，主动的数据测量能够提前预设好整个自动化系统，在哪个位置、哪个点、哪个时间进行测量，并自动传入自动化系统中，这样的发展理念可以更好地协同系统整体的运行，避免数据遗漏，也便于分析数据的异常情况，方便进行追溯。自动化仪表控制技术的使用，是根据企业的实际需求设计的，它与企业系统设计特点和企业的资源供给以及员工的水平等都有关系，自动化仪表系统的应用对于提高系统的应用水平也有着重要意义。

　　1 工业自动化仪表和自动化技术的特点

　　1.1 工业自动化仪表特点

　　谈到工业自动化仪表的特点，不得不讨论一下工业自动化仪表测量技术的分类。工业自动化仪表测量技术分两种类型，一种是传统的被动式测量仪表，一种是当前普遍使用的主动式测量仪表。被动式测量仪表的特点是：根据整个自动化控制系统的测量需求，在相应的位置安装好所需仪表，根据功能不同分为压力表、流量表、温度表等，通过对这些仪表所测量的数据进行处理与传递，以传递到整个工业自动化的自动控制系统中，从而进行数据统计分析其整个运行控制体系可能存在的问题、故障或安全隐患。主动式测量仪表的特点是：自动化控制系统可以根据整个系统的运行情况，根据预设好的系统方案，进行自动测量获取数据，并用于自动化系统的数据分析。简单地说，就是在自动化系统安装前，要结合系统特点、电力设施特点合理安装配置，设置适用的电力系统的使用标准，让系统可以自动开展信号的调节与工作模式的选择分析等功能，使得该控制仪表可以在后续运行中始终处于高效便捷的运行状态。工业自动化测量仪表是对工业生产控制系统各类在线监测数据的获取装置，也是对整个生产过程控制信号的获取和数据自主调节系统。

　　1.2 自动化技术特点

　　自动化技术刚刚兴起时，技术还很落后，只能对单一数据进行测量与分析，测量误差、分析误差都相对较高。随着自动化控制技术的发展，技术水平越来越高，现如今已经发展为多线程性和高精度性的控制特点，可以同时测量多个数据，而且测量精度也有所提高，误差也相对减少。

　　对于主动式测量仪表控制系统，引用了最新的人工神经网络控制系统和人工智能性控制系统，来替代传统的 PLC 控制系统，这种新控制系统的使用，通过对使用过程效果的总结分析，发现新系统的应用确实比旧系统先进得多，它可以同时处理大量的数据，且能够通过系统程序来自主排查问题，分析系统存在的缺陷，以便于分析问题产生的原因，制定较适宜的措施加以改进，进而对整个系统进行调整以达到使用要求。

　　对于精确性大幅度提高的控制和分析系统，主要是通过对于各类数据的采集、整理与研究，提高数据的精确性，减少误差。对于该控制系统的特点，要想提高精确性，需要研究对于工作指标的选择制订方案，整理优化选择方案，能够提高整个自动化控制系统的运行水平，从而发出指令，提高整个工业自动化控制系统的运行质量。

　　2 工业自动化仪表与自动化控制技术的使用思路

　　2.1 自动化仪表的选择

　　自动化仪表要安装在整个运行系统中，所以在选择仪表时，要根据其安装环境要求、在控制系统中的作用、专业化要求的程度相适应。对于安装环境恶劣的区域，其仪表安装后可能出现稳定性差的缺点，要想自动化系统能够稳定地采集数据，提供可靠的测量数据，就需要选择质量好、稳定性好，能够适应恶劣环境、有较高的环境抵抗力的仪表。对于当前普遍使用的主动式测量仪表系统和自动化数据测量仪表系统，其运行过程受到多种因素制约，比如，专业化线缆的连接强度、相关电子元件的环境抵抗能力等。所以，该系统不适用在环境较恶劣的空间使用。而对于高精度控制状态的系统，则需要在控制系统中使用自主式测量系统，一方面，可以自主完成各类数据的采集监测工作;另一方面，也可以根据预先设定好的控制系统装置，根据整个系统的指令要求，自主调节运行状态，及时调整以适应整个自动化系统，以保证稳定的、精确的数据输出。

　　2.2 自动化技术框架搭建

　　对于从事工业生产自动化控制技术的人来说，在进行自动化控制技术框架初步设计时，一定要选择最适宜的、最合理的方案，同时设计方案不能太完美化，要结合实际情况考虑使用的位置、使用的环境、使用的系统，还要结合生产指标的监测要求和生产部件的精度等各方面因素，来选择自动化仪表设备，选择设备要保证误差最小，在可适用的设备中，选择稳定性最高的控制方案。

　　作者从事自动化控制技术工作多年，也曾参与过自动化仪表建设设计项目。作者认为，现代人工智能技术是比较完善的，所以可以考虑将人工智能技术纳入现代化自动化技术框架内，选择合理、合适的仪表。仪表是整个智能控制系统中，用来采集数据、获取平台信号的装置，该装置与 RFID 射频识别技术结合，将数据传输到控制平台中，这些数据即包括仪表的位置信息，也包括仪表测量的信号信息，将这两个数据同时传递给控制平台，从而通过数据分析判断该控制区域是否有异常数据，是否存在问题瑕疵，或者该区域若出现安全问题，将带来多大的影响，借助已经建成的数据分析模型，来实现各类数据的自动调节工作。例如，某液体输送管道设计流速为 7-9m/s，但运行过程中，数据自动采集仪表测量的液体流速达到了10m/s，这个流速偶然出现，不会对设备、生产造成影响，但若长期保持10m/s，则可能导致管道造成不可逆的损伤。该仪表将这个测量数据通过系统传递给自动化平台控制系统内，该系统可以根据系统内设置的流程，将该流速的合理值传输到被控制的设备中，该设备将进行合理的调控，以满足生产要求，避免严重的安全事故发生。

　　2.3 自动化技术数据分析

　　自动化控制技术的数据分析，要根据不同子系统的运行要求，事先建立不同的数学模型，之后通过专业化的分析与整理，来确定是否要发出更改的指令。数据模型的建立，要考虑某一自动化仪表控制点发生故障的几率、导致系统大范围故障的权重和发生的几率。经过自动化控制技术专家学者多年的研究发现，当多个自动化控制节点同时失效时，则会对整个系统造成进一步的损害，所以对于使用的数学模型计算公式，大多是计算出现风险的严重程度，而对于风险发生的几率，则要综合考虑设备运行状态，整个系统的稳定性、运行参数的设计合理性，实际发生偏离的概率，最终确定不同风险的风险水平。当所有获取后的信号带入到整个计算公式中，发生风险的几率超过 50%时，则需要做好整个节点的控制工作，需要综合调节上下游的设备运行状态，以保证生产安全，确保整个生产系统稳定运行。

　　3 工业自动化仪表与自动化控制技术的使用方法

　　3.1 自动化仪表的装配

　　自动化仪表在设计安装过程中，要考虑整个系统的运行特点，及该系统的数据采集方式、仪表使用的环境要求等，综合考虑选择哪类仪表。对于传统的被动式测量仪表，只要将仪表与设备连接好就可以，这类仪表要重点考虑它所处的工作环境，要选择对于环境的耐受力及酸碱等腐蚀性液体的耐受力更强的仪表，提高数据监测的稳定性。例如，对于某液体管道流速的监测仪表，在进行装配时，要把仪表的连接法兰与相关管道进行高强度的连接，确保连接紧密、无渗漏，而连接之后，对于该装置采集的数据信息输入到整个数据分析平台中，并做好水压的测试工作。对于水压测试工作，一般会提高测试压力，通常都是将水压设置成正常运行状态，管道内液体流速的 1.5 倍，这样连续流动 10min 后，再测量管道内液体的压力。如果管道内的压力下降过多，则说明整个管道有漏渗情况，没有密封好，就需要重点检查仪表与管道相连的法兰连接处，确定此处无渗漏点之后，再检查管道的其他位置是否有渗漏，逐一排查问题点，找到问题后再进行整改。总之，要确保仪表装配过程不会给管道整体的运行带来不良影响或其他安全隐患。

　　3.2 自动化系统的设计

　　自动化系统的设计工作，是需要考虑整个自动化运行系统的自动数据采集控制理论的，采集到的数据传输到系统平台中，如何发出指令，怎么进行参数调节，这个过程需要专业化分析。根据作者多年从事自动化仪表工作经验看，就实际的作用效果，自动化系统设计项目包括相关的数学模型的建立和使用，专业化自动控制模型的建立与输入、专业化控制线缆的设计与搭建等，要求所有的建设和设计信息都要被纳入到后续的管理系统之中，以提高系统的运行水平。自动化系统设计完成，并不代表工作就完成了，也要关注后续的使用管理，要研究 RFID 射频识别技术是否能够很好地应用，与自动化系统的控制平台有效关联，并且分析选择芯片的运行质量，做好专业化的数据编程工作，让所有的数据都能够被及时、准确地采集，并传输到控制系统平台中，以确保自动化系统能够获得正确的数据，根据整个系统编程情况，做出正确的判断与自主调整。除了依靠机器系统编程的控制，也要依赖人工控制系统，对于提高问题的处理速度和效率，都有着重要作用。方便的人工智能系统，再加上人机交互界面的安装与使用，可以快速发现问题，并第一时间解决问题，提高解决问题的效率，提高安全保障，也降低由此带来的损失。例如，某工业企业的自动化系统设计，就将所有的仪表与 RFID 控制芯片连接,其发送的数据与信息分析平台相对接，以便于做进一步分析，看是否需要做相应的调整工作，确保数据准确，与运行安全。

　　3.3 自动化系统的数据模块

　　自动化系统的数据模块建设工作，行业内常用的做法是将整个大的系统划分为几个小的系统机制，对于每个系统机制要单独设立数据模块，以保证各自完成自己的工作与管理，对这些模块再进行整合，以确保完成整个系统要求的数据采集与分析工作。通常这么做的好处就是为了减少整个系统数据平台的工作压力。在工业企业中，普遍应用的辅助性设置模块，是单片机结构，从单片机的名字上就可以看出，这个装置主要用来完成单机结构数据采集的，通常完成比较单一的、简单化的工作任务。例如，对于相关信息的对比、仪表传回信号的位置识别等。举个例子解释一下单片机结构的工作内容。例如，某单片机设置的程序要求是：检测当前管道的液体压力，当压力超过标准值时，要将数据传输给数据分析平台，当压力值在标准要求范围内时，不做信号的传递与调整工作。我们假定编写的数据对比程序是：数据的标准值设为 X，通过管道内仪表读取的管道内液体压力值是 Y，后续完成信号对比工作，当 X 大于 Y 时，则该单片机不向外发出数据指令，当 X 小于 Y 时，刚要向外发出数据脉冲信号。而对于专业化的数据分析平台，要将这些信号都收集到整个数据分析体系中，在系统内有一套完整的核算方法与程序，以上信号经过核算后，确认是否会对整个系统造成重大安全问题，若会造成严重安全影响，则会将信号传递给各相关的控制环节，统一协调进行处理，若不会造成严重安全影响，或不是系统性问题，只需要改变一个设备运行状况就可以解决的，则发出单一的控制指令来解决。

　　3.4 自动化系统的控制模式

　　自动化系统的控制模式建设，不是凭空想象的，是结合要控制的实物的情况来设计建设的，根据实际情况来设计需要监测的数据、监测的位置，自动监测采集数据后传入系统管理平台，进行数据分析。

　　自动监测采集数据装置，就是数据的获取平台装置，比较常用的就是传感器装置，控制仪表获取的数据通过通信线缆直接传递给数据平台，例如单片机以及数据控制平台，就是自主获取数据后传递给被控制对象，分析数据，这种模式常常用于主控平台。对于子控制平台，常常选用可以同时期发送数据的控制方案，将信号收集后直接转发给所有的被控制对象，它们的前缀部分通常都是 RFID 芯片可以识别的指令，信号被同时识别后传入到管理系统中，进行运行的自主调整。这种方法在自动化系统控制模式中被广泛应用，因为这种方法错误率低，而且传送的效率高，可靠性好。

　　4 结束语

　　总之，工业自动化仪表技术的广泛应用，既可以对于各类控制参数进行测量，又可以通过传感器将自动化监测数据传递给数据平台，以此分析整个自动化控制系统是否符合运行要求，从而做出相应的工作指令，对于提高系统运行的稳定性和安全性都很重要。