1工业自动化与仪器仪表概述

1.1自动化的简介

自动化是新时代的科学发展中的一项重要技术，其典型特征主要为一种机器设备及相关系统在不需要人为操控的情况下能够根据原有的工作方式正常运行，其工作面较广，工作过程较为繁琐，包括工作前的检测过程，信息的处理及分析到最后根据系统的设定来运行。如今，自动化技术已广泛应用于生活中的各个方面，大大减轻了人力资源的负担，使得人力得到了较大解放，也减轻了在实际工作过程中通过人力劳动可能出现的安全问题。同时，因为自动化技术的精确性，也使得整个工作过程更为精确，从而大大提升工作效率，因此自动化技术如今已成为衡量一个社会发达程度的标志。过去的自动化技术只是人们狭义上所理解的以机器代替人力的过程，而现在，随着科技的发展，自动化技术已逐步发展为使用计算机技术，通过相关系统的设定，在进行代替人力劳动的同时，深入发展，从而辅助在实际工作过程中技术人员的脑力劳动，更好地完成高科技发展成果。

1.2仪器仪表的简介

仪器仪表主要指一种设备，是基于测量和数据的计算分析等为标准的一项仪器，是进行信息传导的一种设备，其显著特点主要在于提高人们生产生活过程中对外界环境的感知。对于仪器仪表，其覆盖面较广，诸如望远镜、显微镜等均属于仪器仪表，也就不难理解，为何仪器仪表能够提升人们对外界生活的感知性。与此同时，一些极为精密的仪器仪表还能够测量生活中一些通过人力无法确定的物理量，并在此基础上进行信息的记录、整合等。就当下发展不难看出，随着越来越多仪器的出现，仪器仪表已成为科学技术的具体体现，也成为发展科学技术的一种载体。因为其身份的特殊性，使得当前的社会处在不断的变革与进步中，作为推动社会经济发展的重要支柱，世界各个国家的经济发展与相关仪器仪表的联系日益增加，最后直至到达一种密不可分的境界，也因为这种局面的开创，使得世界科技发展到一种空前的地步。

2工业自动化仪器仪表控制系统硬件设计

设计工业自动化仪器仪表控制系统首先要进行硬件的设计，控制系统需要将仪器仪表与计算机进行连接， 通过二者之间的连接来实现计算机控制工业自动化仪器仪表的目的。GPIB总线的传输能力强，可以实现仪器仪表之间或者是仪器仪表与计算机之间的双向信息传输，并且传输的速度非常快，因此，采用GPIB总线用于连接仪器仪表及计算机在理论上可以实现更快的控制。 GPIB总线的连接方法分为星型和线型两种，由于线型连接方法对于各个机器之间的距离有严苛的要求， 因此，本文采用星型连接方法连接仪器仪表与计算机。以计算机为中心，通过星型连接方式利用GPIB总线接入接口，控制系统的电路图见图1。

图 1 控制系统电路图

如图1所示：中间的接口为计算机接口，四周的四个接口为仪器仪表接口，呈星型分布，且各个仪器仪表之间也可以进行数据传输，这样一来，该控制系统就实现仪器仪表之间和仪器仪表与计算机之间的双向高速信息传输。

3工业自动化仪器仪表控制系统软件设计

3.1建立控制指令

利用VISA所提供的函数来建立计算机与仪器仪表之间的控制指令，VISA可以不考虑接口的方式与接口的仪器仪表种类，这种通用的形式可以增加控制系统的使用率。 利用vi Open Default RM函数对VISA系统进行初始化， 查看VISA中与仪表仪器进行通讯的数据类型对象是否可以使用，开启VISA函数库。 用vi Open建立计算机和仪器仪表之间的对话联系，它可以将计算机发出的行为指令转换为数据形式传输给仪器仪表，用来对仪器仪表的工作作出指示。它会给出仪器仪表的线路样式、地址等信息，使得VISA可以对该仪器仪表进行定位，其次它会对仪器仪表进行访问，一般情况下默认完全访问，这样可以更好的实现计算机与仪器仪表之间的双向信息传递。它存在一个固定的时间设置，超过该时间会直接认定数据发送失败。vi Printf用于发送仪器控制指令，通过设置初始参数的方式来观察仪器仪表的动作或者状态，根据仪器仪表需要调整的部分向其发送控制指令。vi Scanf则用于接收仪器仪表所传回的数据，和vi Printf相对应，并将传回的数据进行储存。vi Close是用于结束计算机与仪器仪表之间对话的函数，在不需要调整控制仪器仪表后使用该函数进行收尾。通过VISA函数库中的这些函数，将控制仪器仪表的数据及指令通过计算机进行传输，之后再回收仪器仪表传回的数据，形成计算机与仪器仪表的双向信息交流，建立了完整的控制指令，见图2。

图 2 所建立控制指令

3.2基于LABVIEW控制仪器仪表

LABVIEW的编程方式简单，设备驱动程序种类繁多，分析和表达功能较强，可以快速且简单地构建各种各样的仪器系统。LABVIEW目前的开发可以满足复杂的系统设计要求，它使用图形化来编辑语言。数据采集、串行仪器控制、数据分析都需要利用LABVIEW编程来完成。 其仿真和调试工具可以对仪器仪表的动态采取连续跟踪的方式，连续地观察部件中的数据及其变化情况，见图3。利用LABVIEW程序可以较为容易的改变相应的设置及功能，更好地对仪器仪表进行控制。在打开LABVIEW的交互式环境之后，创建查询、解析、读写等命令，这些命令可以与仪器进行数据交换。 在利用VISA设置了仪器的初始数据之后，对返回的数据进行解析，生成动态链接库，得到的仪器波形根据控制指令，就能实现对仪器仪表的控制。

图 3 自动化仪器仪表控制操作平台

为验证本文设计的工业自动化仪器仪表控制系统实际应用效果，选择了本文设计的控制系统作为实验组，另外设两种传统控制系统作为对照组进行实验，通过控制系统在控制工业自动化仪器仪表时的反应时间来对三种控制系统进行对比研究。为了防止出现偶然性或其他影响因素， 选择了十个不同的仪器仪表进行实验，通过实验得出，本文设计的控制系统在反应时间上优于传统控制系统，因此，本文的控制系统比传统控制系统更好。

4自动化仪表的发展方向

自动化仪表的主要发展方向有三点：第一，要进行自动化，首先要清楚明白整个仪表产品的制作需求，比如说要进行测量的是电流电压或者是其他的压力、压强、温度等，知道测量什么再进行产品智能化标准制定，尽量减轻整个仪表主机的工作压力，可以植入PID 模块，与有关的现场仪表在一起，实现自主调节，大大提高了整个仪表产品工作的效率，而且减少了工作的误差。第二，自动化只是一个实现目标，在这个目标进行之前要使精度符合仪表标准，不仅是工程要求，对于安全性、稳定性都有一定实际意义。第三，就是网络化，在工作过程中可以将仪表测量和工程的各种数据进行公示，再进行数据的明确对比，如果出现问题可以通过网络的公式化计算第一时间得以发现，然后进行针对性的解决措施。

结束语

综上所述，本文针对工业自动化仪器仪表进行了一个控制系统设计，通过实验发现本文设计的控制系统比传统的控制系统反应时间更短，有效地节省了工业自动化仪器仪表的控制时间。本文由于篇幅的原因，在实验过程中仅测试本文设计的系统和传统系统的反应时间，对于其他方面例如控制的精准度、 对数据的敏感程度还未进行实验，因此还存在一些不足。在未来工业自动化仪器仪表的控制上，可以参考本文设计的系统以实现快速控制的目的。

参考文献：

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