以經驗論述自動化儀表

　　摘要：本文從自動化儀表的工作原理、使用選型、校準維護、發展趨勢、設計挑戰等方面，對自動化儀表的現狀、使用、及發展趨勢做出了簡單分析。

　　關鍵字：自動化儀表；選型；校準；發展趨勢

　　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：O652.9文獻標識碼： A文章編號：2095-2104（2012）

　　隨著現代科技進步,自動化得到了越來越廣泛的應用,自動化水平已成為衡量各行各業現代化水平的一個重要標志。

　　1  自動化儀表的使用選型

　　自動化儀表品種、類型較多,正確選用并非易事,選用要堅持實事求是的原則:

　　(1)不要輕信廠商宣傳,廠商為利所圖,往往對儀表的技術指標夸大其詞,選用時要理性分析這些參數的依據,有無檢驗證明。

　　(2)按需選取,勿追求高指標,如不是用于商務計量,貿易核算,準確度要求可以降低,如工控系統的某些場合,檢測、監控儀表的重復性、可靠性好就可以了。

　　(3)全面考慮經濟指標,儀表的經濟性并非限于一次購買費用,還要考慮安裝維修(停產損失),是否節能(長期運行費)等因素。

　　2  自動化儀表工作原理

　　自動化儀表是自控系統中關鍵的子系統之一。一般的自動化檢測儀表主要由三個部分組成:

　　(1)傳感器,利用各種信號檢測被測模擬量;

　　(2)變送器,將傳感器所測量的模擬信號轉變為4～20 mA的電流信號,并送到可編程序控制器(PLC)中;

　　(3)顯示器,將測量結果直觀地顯示出來,提供結果。

　　這三個部分有機地結合在一起,缺少其中的任何一部分,則不能稱為完整的儀表。自動化檢測儀表以其測量精確、顯示清晰、操作簡單等特點,在工業生產中得到了廣泛的應用,而且自動化檢測儀表內部具有與微機的接口,更是自動化控制系統中重要的部分,被稱為自動化控制系統的眼睛。

　　3  自動化儀表的使用與維護

　　影響自動化儀表精度的一大重要因素就是其工作環境，其中工作溫度尤為重要，,因此,系統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箱和其中模塊的穩定工作,更能提升相應板卡和電源的平均故障時間間隔(MTBF)參數。一些專業的測量總線標準,如PXI總線,在冷卻和散熱方面進行了嚴格的規范,包括對機箱中散熱氣流方向的定義、以槽為單位進行散熱等確保系統在正常的工作溫度下完成測量任務。

　　為了保證生產過程安全、可靠的運行,要隨時對生產過程中使用的儀表進行維護。在自動化儀表的使用過程中，要認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, 要嚴格執行儀表維護的操作規程，發現問題及時處理，保證自動化儀表的正常工作。

　　4  自動化儀表的校準

　　傳統的將生產過程中使用的儀表拿回實驗室進行校準的方法已不能滿足生產的要求,取而代之的是在現場直接對儀表進行校準。

　　校準的一般步驟是:預熱儀器(包括被校儀器以及標準源);設置儀器的狀態,進行測量記錄數據;數據結果判定并給出結論;自動形成校準證書和原始記錄。

　　自動化校準系統的具體實現過程首先,標準源和數字多用表按照要求開機預熱,連接硬件設備(GPIB卡、488電纜等),硬件連接完成后,啟動計算機,搜尋整個測試系統的物理地址分配情況,根據搜索到的各個儀器地址,在校準軟件運行時,設置正確的地址配置。 ①初始化設置模塊。雙擊相應的自動化校準程序圖標,系統啟動,進入測試系統主界面,主界面的風格以簡捷實用為主,左側是各功能按鈕。首先進入的是初始化設置模塊。初始化模塊要設置被測試設備的校準項目,設置被校儀器和標準源的GPIB地址,選擇是否是首次測試,此功能的目的是為了保存測量的數據,防止意外發生使測量數據丟失,需要重新進行測試。選擇中英文語言,選擇校準、檢定,選擇被測試設備的名稱。初始化設置就完成了。②數據采集動態顯示模塊。該模塊的主要功能包括:初始化儀器、設置儀器的狀態、測量數值、數據位數控制、動態顯示數據、數據結果判定、數據保存等。自動化數據采集過程是完全模擬人工測量過程進行測量的。儀器的初始化配置以及量程、顯示位數、精度、采樣數率、采樣時間、測量值、功能選擇等模塊從NI網站上下載,程序員也可以根據儀器編程說明書提供的SCPI語言命令編寫相應的模塊。本模塊中的數據顯示位數、數據量程、上下限等都是根據測試計量對儀器的要求而自動生成的,數據結果判定也是自動完成的。程序把那些不合格的數據用紅色的字體顯示,使計量員在測量結束后容易發現這些數據不合格。數據采集動態顯示模塊的前面板。③證書和原始記錄生成模塊。自動生成證書和原始記錄,給計量員的工作帶來極大的便利,而且消除了人為操作易產生的出錯,解放了勞動力。計量員只需在證書生成模塊的前面板輸入相關的儀器信息和校準信息,校準項目,選擇相應的證書摸板,程序即可自動生成相應的校準證書和原始記錄。證書模塊的前面板。

　　5  自動化儀表發展趨勢

　　以自動化儀表為依托，自動化測試系統迅速發展，已經成為未來發展的主流趨勢：

　　(1) 結構日趨簡潔

　　從當前發展最快的3種流量儀表(電磁、超聲、科氏)來看,機械結構都十分簡潔,管道內既無轉動件,又無節流件。

　　(2)功能力求完善

　　隨著微電子、計算機、通信技術的飛速發展,流量儀表的功能日益完善、多樣,不少機械部分難以解決的問題,依靠電子軟件則迎刃而解,如Krohne的智能電磁流量計,不少超聲流量計不僅可測流量,還可測流體密度、組分、熱能等等。

　　(3)安裝日益簡便

　　工業自動化程度越高,用戶越歡迎采用安裝維護簡便的產品,這也是插入式,外夾式儀表日益暢銷的原因。

　　6   自動化儀表的設計挑戰

　　自動化測試工程師們為了保證交付到客戶手中的產品質量和可靠性,在各種應用領域 (從設計驗證,經終端產品測試,到設備維修診斷) 都采用自動化測試系統。他們使用自動測試系統執行簡單的“通過”或“失敗”測試,或者通過它執行一整套的產品特性測試。由于設計周期后期產品瑕疵檢測的成本呈上升趨勢,自動化測試系統迅速地成為產品開發流程中一個重要的部分。

　　如今的測試工程師們面臨著一系列新的壓力。他們所面臨的產品設計比前幾代更為復雜;為了保持競爭力并滿足客戶要求,開發周期要求越來越短 ;產品測試成本越來越高,而預算越來越少。

　　(1)不斷提高的設計復雜性:如今,測試測量的最明顯趨勢是器件復雜性不斷增加。例如,消費電子、通信和半導體工業持續要求將數字圖象/視頻、高保真音頻、無線通信和因特網互聯性集成到一個單獨產品中。甚至在汽車中都集成了復雜的汽車娛樂和信息系統、安全和早期預警系統,以及車身和發動機上的控制電子裝備。測試系統的設計不僅需要足夠靈活地支持對不同產品模型進行廣泛的測試,還需要能夠進行升級以提供新測試功能所需的更多測試點。

　　(2)更短的產品開發周期:

　　由于希望不斷提高新產品和技術,擁有市場第一個占有率的競爭天性,設計和測試工程團隊只能不斷的縮短產品開發周期。

　　(3) 國產化刻不容緩:

　　據了解,我國近年來進口儀器儀表約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),國內大型工程選用國外儀表占2/3,而其價格為國產5~10倍,我國大型流量儀表企業主要依靠國外技術,缺乏擁有自主知識產權意識,創新乏力;自動化儀表國產化刻不容緩!

　　總之,只有設計出新的測試策略來減少測試時間,并提高從設計到生產的測試效率,才能更好的為企業服務,自動化儀表才能發揮更大的效能