廉春雷

（中油管道中原輸油氣分公司，山東 德州 253000）

1 智能自動(dòng)化技術(shù)在儀器儀表中的特點(diǎn)

開(kāi)發(fā)性強(qiáng)，可靠性高。在不增加硬件設(shè)備的情況下，以軟件代替硬件，通過(guò)開(kāi)發(fā)不同的應(yīng)用軟件使檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不同的功能，使得智能儀器儀表的研制開(kāi)發(fā)費(fèi)用低、周期短。由于“硬件軟化”，簡(jiǎn)化了硬件電路，減少了元器件，也就減少了故障發(fā)生率，提高了儀器儀表的可靠性。

性能好，精度高。利用微處理器的運(yùn)算和邏輯判斷功能，按照一定的算法可以消除由于漂移、增益變化、干擾等因素引起的誤差，提高儀器的測(cè)量精度。同時(shí)還有利于傳感器的非線性校正和動(dòng)態(tài)特性補(bǔ)償，改善了儀器的性能。

智能化。智能儀器儀表不僅可以對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量、存儲(chǔ)和運(yùn)算，還具有自校準(zhǔn)、自動(dòng)調(diào)零、量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換、故障自診斷等功能，大大地改善了儀器的自動(dòng)化水平。有些儀器采用了專家系統(tǒng)技術(shù)，可根據(jù)控制指令和外部信息自動(dòng)地改變工作狀態(tài)，并進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算、推理。

具有友好的人機(jī)對(duì)話能力。操作人員可通過(guò)鍵盤(pán)輸入命令，控制儀器完成某種測(cè)量和處理功能。儀器還可以通過(guò)顯示器顯示儀器的運(yùn)行情況、工作狀態(tài)以及對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的處理結(jié)果，使儀器的操作更加方便直觀。

具有可程控操作的能力。目前的智能儀器儀表都配有 GP-IB、RS232C、USB等通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)聯(lián)系，接收計(jì)算機(jī)的命令，使其具有可程控操作的功能。與計(jì)算機(jī)或其他儀器構(gòu)成的集散控制系統(tǒng)可以完成更復(fù)雜的測(cè)試任務(wù)。

2 智能自動(dòng)化技術(shù)在儀器儀表結(jié)構(gòu)、性能改進(jìn)中的應(yīng)用

首先，智能自動(dòng)化技術(shù)為儀器儀表與測(cè)量的相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)辟了廣闊的前景。運(yùn)用智能化軟硬件，使每臺(tái)儀器或儀表能隨時(shí)準(zhǔn)確地分析、處理當(dāng)前的和以前的數(shù)據(jù)信息，恰當(dāng)?shù)貜牡?、中、高不同層次上?duì)測(cè)量過(guò)程進(jìn)行抽象，以提高現(xiàn)有測(cè)量系統(tǒng)的性能和效率，擴(kuò)展傳統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng)的功能，如運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化計(jì)算、混沌控制等智能技術(shù)，使儀器儀表實(shí)現(xiàn)高速、高效、多功能、高機(jī)動(dòng)靈活等性能。其次，也可在分散系統(tǒng)的不同儀器儀表中采用微處理器、微控制器等微型芯片技術(shù)，設(shè)計(jì)模糊控制程序，設(shè)置各種測(cè)量數(shù)據(jù)的臨界值。運(yùn)用模糊規(guī)則的模糊推理技術(shù)。對(duì)事物的各種模糊關(guān)系進(jìn)行各種類型的模糊決策。其優(yōu)勢(shì)在于不必建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，也不需大量的測(cè)試數(shù)據(jù)，只需根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)合適的控制規(guī)則，應(yīng)用芯片的離線計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，按我們的需要和精確度產(chǎn)生準(zhǔn)確的分析和準(zhǔn)時(shí)的控制動(dòng)作。特別是在傳感器測(cè)量中，智能自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用更為廣泛。用軟件實(shí)現(xiàn)信號(hào)濾波，如快速傅立葉變換、短時(shí)傅立葉變換、小波變換等技術(shù)，是簡(jiǎn)化硬件，提高信噪比，改善傳感器動(dòng)態(tài)特性的有效途徑，充分利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)強(qiáng)有力的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織能力，聯(lián)想、記憶功能以及對(duì)非線性復(fù)雜關(guān)系的輸人、輸出間的黑箱映射特性，無(wú)論在適用性和快速實(shí)時(shí)性等各方面都將大大超過(guò)復(fù)雜函數(shù)式，可充分利用多傳感器資源，綜合獲取更準(zhǔn)確、更可信的結(jié)論。其中實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)的、快變與緩變的、模糊和確定性的數(shù)據(jù)信息?？赡芟嗷ブС郑部赡芟嗷ッ?，此時(shí)，對(duì)象特征的提取、融合，直至最終決策，作出正確的判斷，將成為難點(diǎn)。于是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或模糊邏輯將成為最值得選用的方法。如在布匹面料質(zhì)量的評(píng)定，柔性操作手對(duì)觸覺(jué)信號(hào)的處理，機(jī)器的故障診斷領(lǐng)域，智能自動(dòng)化技術(shù)也都取得了大量的成功實(shí)例。

3 智能自動(dòng)化技術(shù)在虛擬儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在儀器儀表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，儀器廠家過(guò)去都是以源代碼形式向用戶提供智能虛擬儀器即插即用的儀器驅(qū)動(dòng)器，為了簡(jiǎn)化最終用戶的使用操作與開(kāi)發(fā)過(guò)程，不斷提高運(yùn)行效率，以及編程質(zhì)量和編程靈活性，相關(guān)儀器廠家在VXI即插即用的總線儀器驅(qū)動(dòng)器標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上作出了一套新的智能化儀器驅(qū)動(dòng)軟件規(guī)范，在虛擬儀器結(jié)構(gòu)與性能上進(jìn)行了下述多方面改進(jìn)。首先，考慮需要兼顧用戶的直觀、易用性及盡可能提高運(yùn)行效率，并保持原來(lái)VXI總線即插即用標(biāo)準(zhǔn)的高層編程接口，以提供相同的功能函數(shù)調(diào)用格式。其次，在最新Labwindows/CVI5.0內(nèi)建的開(kāi)發(fā)工具基礎(chǔ)上，運(yùn)用智能化手段，使智能虛擬儀器（IVI）的儀器驅(qū)動(dòng)器代碼，可以在人機(jī)交互作用下自動(dòng)生成，這樣既簡(jiǎn)化了大量編程工作量，又統(tǒng)一了驅(qū)動(dòng)器代碼的編程結(jié)構(gòu)和風(fēng)格，還大大方便了不同水平用戶的使用和維護(hù)。再次，應(yīng)用一系列智能手法，識(shí)別、跟蹤和管理所有各種儀器狀態(tài)和設(shè)置，使用戶能直接進(jìn)入所有低層設(shè)置，并通過(guò)智能狀態(tài)管理，使用戶可根據(jù)需要，在“測(cè)試開(kāi)發(fā)”和“正常運(yùn)行”兩種模式之間隨意切換。在“測(cè)試開(kāi)發(fā)”模式下，驅(qū)動(dòng)器可智能自動(dòng)化地完成一系列狀態(tài)檢查，以幫助發(fā)現(xiàn)各種編程錯(cuò)誤。當(dāng)程序調(diào)試正常投入使用后，用戶即可切換到“正常運(yùn)行”模式，以使驅(qū)動(dòng)軟件高速運(yùn)行。這樣既保證了儀器的安全性和可靠性，又可使軟件隨時(shí)投人高速運(yùn)行，盡可能提高其運(yùn)行效率。另外，也由于采用了各種智能化方法，使驅(qū)動(dòng)器可實(shí)現(xiàn)多線程同時(shí)安全運(yùn)行，進(jìn)行多線程并行測(cè)試；同時(shí)，驅(qū)動(dòng)器還具有強(qiáng)大的仿真功能，可以在不連接實(shí)際儀器的情況下，開(kāi)發(fā)測(cè)試程序。

4 智能自動(dòng)化技術(shù)在儀器儀表網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

由于儀器與計(jì)算機(jī)一旦組成網(wǎng)絡(luò)，即可憑借智能化軟硬件(諸如模式識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織和聯(lián)想記憶功能)，充分發(fā)揮靈活調(diào)用和合理配置網(wǎng)上各種計(jì)算機(jī)和儀器儀表的各自資源特性和潛力，產(chǎn)生1+1>2的組合優(yōu)勢(shì)。例如，目前已可使用連接到Web的數(shù)字萬(wàn)用表和示波器，通過(guò)因特網(wǎng)和模式識(shí)別軟件區(qū)別不同的時(shí)空條件和儀器儀表的類別特征以及測(cè)出臨界值，作出不同的特征響應(yīng)；也可使用分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)代替過(guò)去單獨(dú)使用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，以至可跨越以太網(wǎng)或其他網(wǎng)絡(luò)，實(shí)施遠(yuǎn)程測(cè)量和采集數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分類的存儲(chǔ)和應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)化的智能測(cè)量環(huán)境將網(wǎng)上各種類型，不同任務(wù)的計(jì)算機(jī)和儀器儀表有機(jī)地聯(lián)系在一起。完成各種形式的任務(wù)要求，如在某地采集數(shù)據(jù)后送往各種需要這些數(shù)據(jù)的地方，把相同數(shù)據(jù)按需拷貝多份，送往各需要部門(mén)；或者定期將測(cè)量結(jié)果送往遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)庫(kù)保存，供需要時(shí)隨時(shí)調(diào)用。而多個(gè)用戶可同時(shí)對(duì)同一過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，例如各部門(mén)工程技術(shù)人員、質(zhì)量監(jiān)控人員以及主管領(lǐng)導(dǎo)人員可同時(shí)分別在相距遙遠(yuǎn)的各地監(jiān)測(cè)、控制同一生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)程。不必親臨現(xiàn)場(chǎng)而又能及時(shí)收集各方面數(shù)據(jù)，進(jìn)行決策或建立數(shù)據(jù)庫(kù)，分析現(xiàn)象規(guī)律。一旦發(fā)生問(wèn)題，可立即展現(xiàn)眼前或重新配置，或即時(shí)商討決策，立即采取相應(yīng)措施。另外，智能重構(gòu)信息處理技術(shù)也將為儀器儀表創(chuàng)造更廣闊的活動(dòng)舞臺(tái)。結(jié)合了計(jì)算機(jī)與專用集成電路(ASIC)優(yōu)點(diǎn)的可重構(gòu)計(jì)算機(jī)，不僅要根據(jù)不同的計(jì)算任務(wù)對(duì)大量的可編程邏輯單元陣列(FPGA)作出靈活的相應(yīng)配置。其指令級(jí)、比特級(jí)、流水線級(jí)以至任務(wù)級(jí)的并行計(jì)算，使其運(yùn)行速度達(dá)到通用計(jì)算機(jī)的數(shù)百倍以上。

綜上所述，隨著智能自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的日益深入及應(yīng)用范圍與規(guī)模的不斷擴(kuò)大，我國(guó)的儀器儀表產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平必將快速邁向更高階段。

[1]林金泉.自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[2]吳秀清.微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)[M].合肥：中國(guó)科技大學(xué)出版社，2002.