自动化仪器仪表及计算机系统融合对策

摘要：如今，先进的嵌入式计算机系统已在社会中广泛使用，特别是在一些传统工业中的工业控制系统中有无数的应用。随着科学技术信息的不断发展，出现了基于信息测量与控制的自动化设备。先进的嵌入式计算机系统已被广泛应用于自动化设备，并为仪器行业带来了更大的发展空间。

关键词：自动化仪器仪表；计算机系统；融合应用；嵌入式仪器仪表

1概述

随着现代网络信息技术的不断发展，国内仪器行业也得到了极大的发展。结合计算机领域功能的自动化仪器的基本功能是测量社会和生活中的各种物质，以了解物质的特性和变化的规律等，因此将计算机技术以更高的水平引入实际测量中，可以使测量结果更加准确和自动化。今天，先进的嵌入式计算机系统以及先进的信息技术的先进信息技术的应用为自动化仪表的发展带来了巨大的优势并极大地拓宽了市场。在实际应用中，不仅应改进和完善系统程序和软件，还应为工具的开发提供高质量的服务，以实现高效、便捷和功能多样化。

2嵌入式计算机系统的特点

嵌入式计算机系统较为依赖于当代计算机技术，并且主要适用于专业的计算机系统。该嵌入式计算机系统对计算机的功能、成本、可靠性和损耗提出了更高的要求，其最大的优势是可以根据客户的需求适当地定制软件和硬件。该系统体积小，能耗少，集成度高。在运行过程中，整个系统可以不断简化，智能化并联网网络化。到目前为止，嵌入式计算机已经经历了芯片、标准总线、PC总线和先进高级的嵌入式技术的开发阶段。在计算机硬件技术的不断快速更新和发展中，先进的嵌入式计算机微处理器成为了人们广泛关注的对象，系统的核心是几个任务的同时操作。结合目前智能控制和网络技术方面的优势，嵌入式计算机微处理器对行业产生了巨大影响，并为整个嵌入式计算机系统带来了市场。

3新型自动化仪表的核心趋势

先进高级的嵌入式计算机系统和先进的网络技术的结合使仪器和仪表可以具有多种功能，例如测量和检测、计算和补偿，工程量处理以及故障诊断等。同时，借助网络技术，嵌入式计算机系统可以通过远程控制检测和修复系统中的错误。在将设备管理引入高级嵌入式系统之前，这些功能无法实现。在高级嵌入式系统中，芯片、总线、接口是测量的关键要素，在嵌入式系统为技术支持的基础上，测量行业将持续发展并塑造特定的特征和趋势。

4仪器仪表中应用方案

4．1方案特点

（1）实时性好。在一些特定客户获取结果时，嵌入式系统可能会有延迟的现象，因此在设计过程中应更加注意此因素。（2）可靠性高。如果嵌入式系统发生故障，则对系统的可靠性有严格的要求，因为整个系统可能会瘫痪，并且可能会造成巨大损失。（3）整合水平要高。如果嵌入式系统是高度集成的，可以减少占用面积并提高开发效率。（4）低功耗。一些移动和便携式设备需要安装电池才能工作，因此耗电量需要做到尽可能的低。（5）较强的环境适应性。仪器仪表很少能抵抗环境干扰，并且通常抗干扰能力极差，特别是对光、热和电等因素。因此，必须采取合理的抗干扰措施以减少这种情况的发生。

4．2开发过程

（1）以目标产品的功能为基础。具体来说，嵌入式系统的主要目标是：根据目标分析的各种功能，我们使用相应的手段，例如数据收集、控件实现、标准定义等。（2）基于所需的产品功能选择软件和硬件。（3）嵌入式开发过程分为4个阶段。1）软件开发，用于直接硬件控制。2）对没有图形用户界面的程序的开发。3）图形界面的通用程序开发。4）先进的软件开发。

5高级嵌入式计算机硬软件设计和选型

5．1硬件

选择高端嵌入式微处理器时，要考虑许多因素。首先是价格、性能、功耗等其他设备本身的因素。其次，还应考虑工程师过去在处理器方面的经验。在控制成本的过程中，我们需要从整体开始，而不仅仅是关注某些方面。因为一个高速CPU会使成本成倍的增加。

5．2软件

具有多种要求的微内核技术可以实现多任务系统的运行，包括灵活性、配置、可伸缩性和可移植性、高可靠性和高实时性等，都是它需要考虑的因素。但是它可以应用于多个版本的CPU，并且十分适用自动化设备的高级嵌入式计算机系统。目前，这项技术主要包括PSOS，VRTX，QNX，Linux。（1）在对RTOS系统评估时，应当综合考虑各种因素。通常可以通过调度机、内存、时间等来判断。（2）软件开发过程中的注意事项如下：首先，需要一个良好的开发环境。C和C++编程语言通常更适合在实时系统软件开发中应用；其次，要满足用户的需求，实现图形功能；最后，将网络和通信功能集成到系统操作中。

6案例分析

某炼油化工公司分析各种专用设备以开发一种新型仪器仪表，并提出了反映实际需求的高级通用控制系统设计计划。（1）需要使质量仪器控制器具有3个功能：1）实现温度、压力和流量的测量；2）仪表的具有灵活的控制功能；3）在线仪器仪表具有输入、输出、智能等多功能的特点，可以从控制中心接收命令，并向控制中心发送信息和传感结构，可以在整个过程中实时显示图像。（2）用各种信号电源板组成通用控制系统，如嵌入式计算机系统、电源驱动器、IO板、信号调节板等。高端嵌入式计算机可以使用市售的主板，毕竟开发成本不能太过昂贵，并且应在内部设计一些调节板和驱动器以实现仪器所需的功能。控制器软件包括一个基本程序（主程序）和3个服务程序。主程序的工作流程是：首先分析设备的状态和参数，然后标记辅助设备的参数，以使系统正常工作，并在其他3个过程中扮演调度和管理的角色。设备IO服务程序的功能在主程序中。它在管理下执行底层IO任务和后台任务。面板键盘服务程序的操作模式和状态与IO服务程序相似，并且设备的面板键盘通过中断进行管理。最后，设备功能服务程序设计设备和该设备的特殊服务程序，根据该特殊功能在后台运行，并由主程序直接控制和管理。（3）在开发新的自动化设备时，使用通用控制器系统使新设备的外观更加美观、方便、易于操作，同时可以满足设备的各种功能。

7自动化仪器仪表计算机控制系统融合设计

用于自动化仪器的计算机控制系统软件包括多种功能，例如数据收集、处理、统计和分析等。在软件系统设计阶段，计算机和外部接口、计算机系统的内部数据处理能力都应当是工作人员需要考虑的内容，但是以往后者经常被忽视。因此，在设计用于自动化仪器的计算机控制软件的过程中，设计人员可以基于间接代码、便捷界面和可扩展的程序的原则选择合理的程序开发语言。例如在钢铁制造中的自动化仪器仪表与计算机控制系统融合应用，可以根据钢坯温度自动监控系统的特性，使用VB语言。选择语言后，可以在启动后设置计算机系统的界面。通常，应将整个自动化仪器计算机控制系统的监视界面的背景色设置为深色，并将主要图形数据设置为浅色，以使现场仪器的检测信息引人注目，同时避免检测人员的视觉疲劳的现象出现。在主监控界面的过程仿真阶段，设计人员可以使用VB语言动画设计功能来模拟和优化过程流程。数据库在自动化仪器的计算机控制系统中占有非常重要的位置。自动化仪器的数据可以存储和分析、统计、查询等。因此，在建立基本软件系统后，相关人员可以使用数据库控制来操作自动仪表计算机控制系统数据库，并结合钢厂生产中钢坯温度自动监控的要求，通过有机集成多个数据库来实现。查询指定时间段内的所有设备记录。在建立数据库和主监控界面之后，相关人员可以使用VB中的窗体打印功能。根据所见即所得的原理，在窗体上打印操作所有内容。在监控预警设置模块中，相关人员可以配合现场控制程序，根据实际工艺进行采样和数据控制，进行合理的预警模块设计。

8自动化仪器仪表与计算机控制系统调试实现举例

在基本模块设计完成后，为保证系统调试能稳定运行，相关人员可以选择PID整定参数作为出发点，以不断优化和改进控制过程。传统工艺如在钢铁制造中，调试坯料温度自动监控系统的常用方法是根据温度-时间曲线设置温度控制功能的反复试验方法。理论上的温度控制曲线促进了真实钢铁生产中坯料温度变化模式的动态指示。在获得钢坯温度与理论曲线的重合度后，记录并存储实际温度，将积分系数和微分系数设为0，并调整比例系数以促进钢坯温度曲线的周期性变化。基于自动仪表计算机控制系统的多通道采样和输出特性，相关人员可以根据单个控制单元的操作选择不同的通道号，并编译相应的程序。实现一台计算机系统控制多台自动化仪表，提高自动化仪表的控制效率和应用率，并降低能耗性。

9结语

嵌入式计算机系统现已在社会中得到广泛应用，就其影响力而言，这些系统的生产在一定程度上促进了我国仪器工业的发展。对于嵌入式计算机系统的应用的态度，必须保持理性，结合现代技术的发展，引入先进的设计模式，并合理选择具有成本效益的处理器系统，以实现设备的信息化与现代化和网络化。在传统工艺中，为保证生产自动化的顺利进行，相关人员可以依靠计算机系统，并结合现有的仪器监控数据，为自动化仪器的计算机控制硬件和软件创建合理的设置。调试自动化仪表的计算机控制系统以及实际的管理要求，以便可以充分利用自动化仪表中融合计算机控制系统的优势。

参考文献

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作者：张永清 吉欢琳 单位：河北建筑工程学院机械工程学院