仪表自动化优化设计分析

文章编号：16723198（2013）18019603

随着科技的进步和发展，自动化在逐步地占据人们的生活，自动化仪器的使用，给人们的生活带来了便利，给企业带来了经济效益，我们根据自动化仪表进行研究，了解自动化仪表的设计，根据线性自动化仪表在使用中遇到的问题，进行仪表自动化优化设计。

1 概述

随着信息化时代的到来，计算机技术、自动化技术等的发展正在加快和拓宽，技术在不断地更新，现代的仪器仪表进入到自动化、智能化、数字化的领域。工业的生产领域也从小向大，由简单向复杂的方向发展着，为了社会的需求，各种各样的产品不断地出现，进入到人们的生活和工业生产中。在工业中，自动化仪表的使用更是广泛。根据自动化仪表中流量仪表的使用从2009年以来每年都保持着37%～4.2%的增长率，流量仪表的类型多大200余种，而新型的流量自动化仪表每年达到7%的增长，我国对新型自动化仪表的研制和使用还有很大的空间。

仪器仪表之所以可以快速地发展，是因为这些仪器仪表所拥有的特点，不仅具有高投入、高技术、高产出的特点，还具有低能耗、低污染的特点，所以在一些低碳经济或者是新兴的产业中得到了快速的发展。我国的仪器仪表所使用的行业一直是传统的市场，比如说冶金等行业，但是市场需求在发展着改变，一些新兴的行业快速地发展起来，使得互联网等新的技术得到快速的发展。对于食品、药品等的安全更是受到人们的关注，现在一些环保概念的提出，使得国家开始从能源的利用上进行改善和研制新型的产品，我国的仪器仪表行业有了很广阔的发展方向。经济和技术的发展，让自动化检测技术备受关注，一些自动化产品和新的检测技术，在高度的关注下生产出来，比如说无线仪表等产品。在这其中工业自动化仪表中智能化仪表、专用自动化仪表等是其发展的重心。

对自动化仪表进行的优化设计主要是为了提高仪表的精密度、准确度、灵敏度，降低自动化仪表的系统消耗，还有就是对仪表的抗干扰能力进行提升。根据仪表自动化优化在施工设计和施工服务中要注意的内容进行讨论。

2 仪表自动化系统的优化设计

2.1 自动化仪表的优化设计特点和依据

在生产工艺和技术的不断成熟和进步中，仪表的自动化得到了很大程度提高，工艺的检测点很多，要求具有复杂性，仪表自动化的主要工作集中在工程的后期，所以时间紧，任务重，有很大的工作量。自动化仪表的施工设计图是以专业工艺对生产工艺和仪表的自动化专业的要求为依据，分别进行的深度设计，根据相关的设计规定，设计人员要保证设计图的出图深度在规定的要求内或者要求之上，不能低于规定的要求，在自控专业施工图设计内容深度规定（HG20506-92）中有详细的规定，完整的施工设计图，可以帮助现场施工，还可以节约财力和人力。在仪表优化的设计上，要尽量地减少误差，这样在施工中的误差才会减少，可以使用一些计算方法，帮助减少优化设计中产生的误差。比如说，采用偏差计算等。根据不同自动化仪表的使用范围，有不同的准确度和误差条件，比如说电磁流量仪表的准确度一般为±0.5%，超声波流量仪表的准确度为±05%，0.1%的重复性，科式流量仪表的准确度在±0.2%，插入式流量仪表的准确度在2%～3%等。

2.2 优化设计中对仪表系统的低功耗设计

对自动化仪表进行低功耗设计在仪表优化设计中是一个重要的内容，一般进行的低功耗设计都会采用CMOS集成电路，这种电路只有轻微的功能消耗，有很强的抗干扰能力，工作时对温度的要求也很宽松。CMOS电路是高速低频的工作方式，在优化设计中，可以选用一些低功耗的器件，除了单片机和外围芯片使用CMOS器件之外，还可以选用一些LCD等低功耗器件。在进行低功耗设计时，采用低功耗器件，可以将CPU的运行时间进行缩短，用软件代替硬件。

对单片机进行低功耗优化设计中，采用HCMOS芯片，此芯片和HMOS的外形等相同，只是生产工艺不同，将系统的功耗进行降低，可以进行待机模式的运行。在对储存器进行优化设计中，采用HCMOS储存器。对软件的选择是为了减小将仪表各方面的性能进行提升，在进行优化设计中要尽量地减少CPU的工作时间，在降低功耗的同时完成各项测量。

2.3 仪表自动化优化设计中的系统的抗干扰设计

自动化仪表所受到干扰来自内部和外部，外部是在安装等过程中产生的，内部干扰是系统的结构等形成的，仪表的干扰护影响其工作的准确性，增大误差，还会是仪表失灵。对仪表的供电系统进行优化设计，采用发电机组或者逆变器供电等，要保证仪表在使用过程有稳定的电流，使用TVS抑制器等可以对电机进行噪声振动保护。对过程通道进行的优化设计采用光电耦合器，外部干扰控制优化设计，可以使用屏蔽技术，设置屏蔽层。地线设计时，将地线进行加粗，根据电流的大小，对导体宽度进行加粗，各种线路的走向要一致。对软件抗干扰进行优化设计，可以采用数字滤波技术，对失常的软件进行控制，对运行失常的程序进行控制等。

在进行专业之间的配合时，保证准确度，减少出现的问题和一些不当的操作。对专业之间的配合进行优化，帮助提高自动化仪表系统的准确度。对仪表的测量精度进行优化设计，可以对仪表系统出现的误差，进行非线性、归一化技术等进行消除，设计一些误差模型，进行误差计算，通过误差计算将优化设计中的误差进行避免。

3 自动化仪表软件、结构的优化设计

我们根据一种胶带秤控制自动化仪表进行优化设计分析。为了不影响仪表的计量准确度，要对仪表的性能进行很好的控制，其中该仪表中包括了对信号进行的采集、滤波、放大、转换等，包含的环节越多，对仪表精密度和准确产生的影响因素就会越多，所以对仪表进行优化设计是很重要的。

在目前进行的广电编码器的测速系统中，最常用的测量方法有频率法、周期法、频率周期法。在进行频率法测量时，在规定的时间内，根据产生的转速脉冲信号的多少。来对仪表的转速进行确定；在进行周期法测量速度中，是根据两个相邻转速脉冲信号之间使用的时间，对仪表的转速进行确定；在进行频率/周期法测量仪表的速度中，根据规定时间内形成的转速脉冲信号的多少对仪表的转速进行确定，可以在很广大范围内进行对仪表的速度进行测量。我们根据第三种方法进行仪表的转速测量，通过对电路进行优化设计，实现仪表测量转速的精度。

采用单片机进行频率/周期法测量仪表的速度，但是单片机内部的资源有限，为了减少测量时间，提高仪表的脉冲频率的准确度，将CPLD器件和单片机进行结合使用，对仪表的速度进行测量。对仪表的转速进行的测量分为三个部分：

（1）信号整形电路。主要是对信号进行放大，方便CPLD器件进行信号的输入。

（2）测频电路。该部分是整个测量的核心，主要是有CPLD器件担任测量角色。

（3）单片机电路模块。该部分主要是对CPLD器件的测量速度和操作进行控制，有单片机进行数据的显示，从单片机中将数据进行读取，向CPLD器件发送控制命令。

对仪表的等精度测量转速进行实现可以从下图中看出。通过单片机发送信号，FS进行信号的输入，FX将信号进行输出等。在进行测量转速之前，先进行清零信号的发送。再由单片机发出命令。

影响仪表精密度的一个重要原因就是对荷重进行的动态检测。该种自动化仪表在长期的工作中，信号的放大优化设计中，稳定性和抗干扰性要进行首先的考虑，采用自稳零斩波放大器，从稳定性的角度考虑，使用电压频率转换器，对仪表的稳定性进行优化改进，在设计中选用高性能芯片AD652，对仪表的外部进行控制，消除阻容器件对仪表稳定性的影响等。

将仪表上的控制部分和人机界面进行分隔，可以保证在工作现场对数据进行采集、对参数进行设定。即使有很多个仪表，远程信号线路只有一对，传送的距离更远，将仪表的设计进行简化，降低成本，便于对仪表进行维护。

对自动化仪表进行的优化设计，可以将自动化仪表的性能进行提升，使自动化仪表具有稳定的性能，在工作中，可以自行的进行校准，较少误差的产生，提高自动化仪表的准确度，减少故障的发生。

在对自动化仪表进行优化设计时，要对仪表的精密度，准确度，灵敏度和功耗进行考虑，比如说对智能电子仪表来讲，对其现在出现的问题进行分析主要有：（1）对测量的精度要求没有很高，数据的误差在1%与2%之间，是不被看成对测量结果有影响的，但是电子仪表的在价格上却是相差很多。（2）仪表的使用条件相对宽松，一般选择在室内进行使用，不用考虑温度问题，电源电压等也相对的稳定。（3）电子仪表的体积可以进行加大，不需要考虑便携式。根据这三个条件对电子自动化仪表进行优化设计，要对仪表的结构、性能等进行优化设计，可以采用微处理器、数字信号处理器以及软件补偿等新的技术，将仪表的硬件成本进行降低，设计出高档的、便于操作的、优化型的自动化电子仪表。

对仪表自动化进行的优化设计将仪表的测量精确度进行提高，减少误差的出现。当出现误差时，可以进行多次测量，对出现的误差进行统计，根据出现误差的时间和测量的准确度，将误差数据进行排除，将随机误差进行消除，测量的数据不会因为随机误差的产生而受到影响，可以采用RC滤波或者是数字滤波的方法将误差随机误差进行消除。对自动化仪表中出现的系统误差进行消除，可以采用的方法有非线性校正，偏差自动校正，采用归一化技术将仪表的测量精度进行提高消除系统误差，还可以采用最佳测量方法进行自动选择，这种方法有很高的测量精度。

对仪表进行优化设计中对其中的软件进行优化设计，采用新型的C51语言对单片机软件，具有周期短、可靠性高、便于维护等优点，根据C51语言、LED显示、PID自整定等进行仪表的软件优化设计。

我们根据一个优化设计过并投入使用的自动化电子仪表进行性能分析：该设计满足使用要求，仪表的主要功能有18个，在低频信号产生的过程中频率的间隔仅为1HZ，高频信号产生的频率间隔为11HZ；在自动化优化设计仪表中带有伪造声产生器、三角波产生器、调频波产生器、方波产生器等，可以对仪表进行干扰保护，仪表的灵敏度在20mV，采用微处理技术、数字信号处理技术等将仪表的性能进行了 提升，在仪表进行调试中可以分为不同阶进行，在投入使用的过程得到了满意的结果，所以对自动化仪表进行优化设计很有必要，具有一定的价值。

对仪表进行的优化设计可以将仪表的监测信号进行优化，比如从在水处理系统中使用的自动化仪表的构架上进行优化设计，如果电缆在200米以上，安装加装自动化仪表可以保证仪表信号的正常，由于这种仪表的特殊性，在进行水处理仪表系统的设计中会将一些问题进行综合考虑，为了减少麻烦会在仪表安装后再进行信号的输送，这样就会增加加装仪表、电源箱等装置，总体上成本会增加很多，对这种仪表进行优化设计可以将这笔多增加的费用进行减少，所以在对仪表的热处理设计中，要将水处理系统中的每个子系统进行优化设计，比如说对于在200米范围内外的处理系统的仪表设计，进行现场订货，仪表设备的设计要只进行设计不进行订货，对仪表的表盘设计专门的控制仪表订货图，将整个水处理系统中的仪表盘设计进行完成。这样可以将仪表的设计时间进行缩减，而且不影响仪表各个子系统的订货图的发图，在施工中可以根据电缆的长度对加装仪表、仪表盘等进行布置，将仪表的系统进行优化，节约成本。对仪表进行的优化设计，不仅要考虑仪表内部的设计，还要对仪表的外部进行优化设计，同时对仪表的安装和施工进行优化设计，将仪表的整个系统进行优化。

虽然对自动化仪表进行了优化设计，但是在日常工作也不可能避免所有问题，对自动化仪表进行日常的清洁维护，可以减少自动化仪表出现的故障，保证自动化仪表可以有稳定的性能，在测量使用中误差最小，准确度和精确度最高。

4 结论

经过以上对自动化仪表进行的优化设计分析得到，自动化仪表的快速发展和其具有的特性，帮助了自动化仪表的在人们生活中出现程度，为了使仪表可以正常的使用和运用，要不断地将自动化仪表的性能进行提升，提高自动化仪表的测量的准确度、精密度以及灵敏度，减少在测量出现的随机误差和系统误差。对自动化仪表进行优化设计不仅要将仪表的性能进行提升，还要将仪表的硬件进行提升，降低仪表的功耗和价格，提高仪表的抗干扰能力。自动化的发展带动了工业等各行业的发展，新技术的使用，让经济效益得到增长，促进工业发展，为企业带来坚实的保障。

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