自动控制仪表的原理及设计新方法分析

摘 要：随着工业生产的效率的提高，自动控制仪表在工业生产中发挥的作用也越来越大，需要进一步提高自动控制仪表的性能。文章详细分析了自动控制仪表的原理，并对自动控制仪表的设计新方法进行分析。

关键词：自动控制;仪表;原理;设计

自动化仪表是用以检出、测量、观察、计算各种物理量、物质成分、物性参数等的器具或设备。真空检漏仪、压力表、测长仪、显微镜、乘法器等均属于仪器仪表。广义来说，仪器仪表也可具有自动控制、报警、信号传递和数据处理等功能，例如用于工业生产过程自动控制中的气动调节仪表，和电动调节仪表，以及集散型仪表控制系统也皆属于仪器仪表。传统的仪器仪表功能单一，无法集多种功能于一体，并且使用过程中突然断电会造成数据的损失，文章详细介绍了自動控制仪表的原理及设计新方法。

一、 自动控制仪表

随着人员老龄化、劳动力稀缺以及用工成本的增长，以自动化机械来取代烦琐重复人工执行动作处于一种高速发展阶段。在自动化控制中，需要对执行机构运动轨迹坐标精确测量控制（比如数控机床，磨床，线切机械，线绕机械等）。传统坐标测量定位，使用价格很贵的光栅尺传感器，旋转编码器传感器等;还需配用专用自动化仪表或工业PLC来测量控制。常规控制方案价格较贵安装烦琐，并需配套相应机械结构安装，在一些振动比较大场所丢失测量脉冲可能性较大。在传统自动化测控中，计数/计米;转速/线速/频率;定时/计时;批量总次/批量批次;转速/计米等为基本测控要求。如线缆机械，需要线速/计米控制;包装印刷机械要进行批量总次测控;商标机械要需多段编程控制输出。常规控制方法是选用多种测控仪表组合安装进行测控，此方法使制造成本提高，安装工艺烦琐，并存在各仪表间及传感器之间电平阻抗匹配问题，需要对自动控制仪表进行优化设计，提高自动控制仪表的性能。

二、 自动控制仪表的原理

在自动控制仪表中，涉及自动控制仪表的结构设计和控制系统设计等，硬件结构和控制系统需要相互配合，才能保证自动控制仪表的正常运行。对于功能自动化控制仪表，包括中央处理器模块、通信模块、信号采集模块、计量模块、计算控制单元，信号采集模块连接计量模块，计量模块连接A/D转换装置，A/D转换装置连接中央处理器模块输入端，中央处理器模块输出端连接计算控制单元，通信模块连接中央处理器模块。作为优选，还包括断电自保存模块、温度传感器接口、压力传感器接口、显示单元，温度传感器接口、压力传感器接口连接A/D转换装置，断电自保存模块、显示单元连接中央处理器模块。

信号采集模块采集终端电流或电压模拟信号并输出至计量模块，计量模块连接A/D转换装置转换成电流或电压数字信号并输出至中央处理器模块，中央处理模块I根据电流和电压数字信号进行电力品质分析后分别输出分析结果信息至计算控制单元，将温度传感器接口、压力传感器接口接入中央处理器模块I可以用于温度、压力的监控控制。中央处理器模块输出端连接计算控制单元，还包括温度传感器接口、压力传感器接口、显示单元、断电自保存模块，这种设计方法新颖，能够实现断电后数据自动保存，集电量测量、温度测量控制、压力测量控制等功能于一体。

三、 自动控制仪表的设计新方法分析

（一）基于物联网的分布式智能仪表

对于基于物联网的分布式智能仪表控制系统，包括I/O（输入/输出）单元、运算单元、通讯单元和用户端设备，I/O（输入/输出）单元一端与现场仪表相连接，I/O（输入/输出）单元另一端通过无线网络实现与通讯单元进行数据交互，通讯单元与运算单元之间利用数据总线进行数据通信，每个运算单元均搭配有对应的一个通讯单元，以完成信号、参数、指令的传输和转发任务，通讯单元通过局域网与用户端设备进行通讯连接，用户端设备包括工业计算机和移动设备，移动设备包括智能手机等。这种方法同现有技术相比，不仅有助于实现生产智能化，提高生产效率，提高用户体验，而且降低了成本，有助于实现仪表的分散控制以及智能化改造。

（二）智能控制仪表的设计方法

对于智能控制仪表，它涉及仪器仪表领域，它包括MCU控制模块、传感器输入模块、设置按键模块、LED显示模块、控制输出模块，传感器输入模块与MCU控制模块连接，设置按键模块与MCU控制模块连接，MCU控制模块与LED显示模块连接，MCU控制模块与控制输出模块连接。测控仪表已在线缆绕线机械中使用，准确率100%，使客户成本减少，安装工艺简化，更为主要是解决长久积压缺陷。这种方法能克服现有技术的弊端，只需一个普通电磁感应器即可分辨出相位位移数据，节省了自动化控制中位移坐标测控成本，并集成多种功能软硬件设计为一体，简化了安装操作过程，并降低制造成本。

四、 结论

自动控制仪表是保证工业生产的关键基础设施，文章首先分析了自动控制仪表的原理和应用背景，之后阐述了自动控制仪表的设计原理和设计方法，并介绍了自动控制仪表的设计新方法，对于提高自动控制仪表的性能具有一定的价值。

参考文献：

[1]张党伟.DCS自控仪表系统的运行管理[J].化工设计通讯，2018，044（5）：132-134.

作者简介：耿田，南京沙索（中国）化学有限公司。