自动化控制技术在工业仪器仪表中的应用研究

摘要；在工业自动化进程加速推进的背景下，自动化控制技术与工业仪器仪表的深度融合成为提升工业生产效能的关键路径。本文系统阐述自动化控制技术原理、工业仪器仪表功能类型，剖析二者结合的必要性与可行性，深入分析工业仪器仪表自动化发展现状，揭示技术瓶颈、成本控制等现存问题。详细探讨自动化控制技术在工业仪器仪表数据采集处理、实时监测预警、精准控制调节及智能化管理运维等方面的应用，为推动工业仪器仪表自动化发展、提升工业生产智能化水平提供理论依据与实践参考。

关键词：自动化控制技术；工业仪器仪表；应用

引言

随着工业4.0与智能制造理念的广泛传播，全球工业生产正经历从传统制造向智能化、自动化转型的深刻变革。工业仪器仪表作为工业生产中实现参数测量、状态监测与过程控制的核心设备，其性能与自动化水平直接影响生产效率、产品质量及企业竞争力。传统工业仪器仪表在面对复杂多变的工业生产环境时，存在数据处理效率低、控制精度不足、运维成本高等问题，已难以满足现代工业对高效、精准、智能生产的需求。

一、自动化控制技术与工业仪器仪表概述

1.1 自动化控制技术原理与分类

自动化控制技术以反馈控制理论为核心，通过对系统输出信号的实时监测与分析，自动调整控制参数，使系统运行状态维持在预设目标。从技术分类来看，主要包括开环控制、闭环控制和复合控制。开环控制不依赖反馈信号，适用于简单、干扰小的场景，如基础传送带速度控制；闭环控制通过实时反馈实现精准调节，广泛应用于工业温度、压力控制；复合控制则融合开环与闭环优势，在高精度加工设备中发挥关键作用。

1.2 工业仪器仪表的功能与类型

工业仪器仪表是工业生产进行参数的测量、状态的监视、过程的控制的关键仪表，可分为测量仪表、分析仪表、控制仪表和执行器。其中测量仪表即测量温度、压力、流量等物理参数的物理式检测仪表，如热电偶温度传感器、涡轮流量计等；分析仪表用于分析物质的成分、检查物质质量的仪表，如气相色谱仪用于分离和检测混合气体中的成分；控制仪表根据被测量的数值进行逻辑判断，PLC等控制仪表根据预先设定的程序控制设备的动作；执行器根据控制指令的大小调节阀门开度大小、电机旋转速度等，比如电动调节阀。

1.3 二者结合的必要性与可行性

自动化控制技术和工业仪器仪表的融合在工业控制中应用是自动化控制技术的重要应用形式。对于现在的工业自动化控制需求而言，人以及手动的操作与简单的机械控制无法达到效果，比如在半导体的制造中，如果在芯片的蚀刻过程中温度要求不高的话，直接人为干预的效果可能会相差0.1℃，而如果在制造的过程中要求蚀刻在±0.1℃的条件下进行，那么这要求人工调节是不可能达到的。二者在融合之后能够让工业产品的智能化生产起到关键作用，通过自动化控制技术来融合仪器的运行过程，以此来优化工业仪器在使用中的稳定性。

二、工业仪器仪表自动化发展现状与问题

2.1 工业仪器仪表自动化发展现状

现阶段，工业仪表仪器的自动化程度越来越高，已趋于智能化、网络化、集成化。智能化是指工业仪表仪器融合了微处理器以及算法，并具有自我诊断、自我适应能力，例如智能压力变送器可自动修正由于温度而产生的测量误差。网络化是指工业仪表仪器通过工业总线或者物联网协议实现联网，例如某石化公司通过构建仪表网，实现整个石化工业生产的设备数据集中监测和分析。

2.2 现存问题与挑战

当然，工业仪器仪表自动化依然存在着一些发展瓶颈问题。从技术上来看，因生产商仪器仪表通信协议及数据格式不统一、不开放等原因，形成系统间兼容度低的问题，Modbus与HART设备无法直接互联，费心费力又费钱；从成本上来看，工业自动化改造，无论软件还是硬件、人员等方面的投入都不菲，中小企业受制于资金较为困难，改造一套中型DCS系统需要上百万元，自动化改造可谓是花钱买经验，规模小的企业更是无法承受这沉重负担；从应用环境上来看，因为是工业现场，高温、高湿、强电磁场干扰等问题给仪器仪表产品的稳定性、可靠性方面提出了更高的要求，加之现场仪器仪表种类繁多，每一个量程的变送器、监控仪表等都有其特殊的工况要求，当发生非本质安全现象时对稳定性、可靠性和安全性都提出了很大的挑战。

三、自动化控制技术在工业仪器仪表中的应用分析

3.1 数据采集与处理中的应用

工业仪器仪表自动化控制技术通过科学选用传感器和数据采集算法等技术手段，提高自动仪器仪表的数据采集效果和精确度；以煤矿瓦斯为例，利用红外光谱传感器结合自适应滤波，使煤矿瓦斯浓度由测量精度±5%提高到±1%；边缘计算的应用将数据在本地处理，从而降低传递延迟和减少云端压力；某智能工厂通过边缘计算节点，使设备实时运行的数据从处理耗时200ms缩短为30ms。工业仪器仪表自动化控制技术以多源数据融合的技术手段，根据温度、压力、振动等参数的变化更好地反应设备运行工况，比如风力发电机通过融合叶片旋转速度、轴承温度等参数，实现对故障的早期预测。

3.2 实时监测与预警中的应用

就工业仪器仪表状态而言，实时监测系统可以通过自动化控制技术，不间断地实时检测工业仪器仪表的运行状况。以电力系统中的智能电表为例，其通过物联网实时将电流、电压上传至自动化控制系统中，当仪器仪表运行数据发生明显波动时，系统立刻向运维管理人员发送预警信号并精准定位故障位置。

3.3 精准控制与调节中的应用

生产参数的自动控制是依靠工业仪器仪表来实现自动化控制。温度的控制应用于制药行业反应釜温度，将温度的波动控制在±0.5℃，满足药品生产所需要的工艺要求。电动调节阀的流量调节控制，以自动化控制系统作为接受命令的终端，能够迅速响应流量变化的管道，某供水系统的应用后，流量调节的响应时间从10s缩短到2s，复杂工业过程的应用有：模型预测控制（MPC）通过建立一个系统动态模型来预测对控制方法进行预优化，应用于钢铁冶炼MPC技术提高了钢水成分合格率15%。

3.4 智能化管理与运维中的应用

智能运行技术促使工业仪表智能化。工业仪表远程监控技术通过网络实现对仪表实时运行状态的监控和参数的远程控制，工程师远程诊断故障仪表的程序升级。故障诊断专家系统利用知识和推理理论自动诊断仪表发生故障的潜在原因以及对应措施，某汽车生产线投入应用后，平均故障仪表维修时间从4个小时缩减至1个小时。预知维护通过对设备运行大数据分析，对零部件寿命进行预测，提前安排设备维护计划，降低停机损失，预知维护可使设备维护成本降低30%以上，设备停机时间降低70%以上。

结语

工业自动控制技术与工业仪器仪表的结合是工业自动化的必然过程，对工业自动控制技术和工业仪器仪表的原理、现状及应用进行分析发现：工业自动控制技术提高工业仪器仪表功能与工作效率，优化工业生产过程效果明显，同时也存在技术适应性、成本问题。

参考文献

[1]袁洪超.自动化控制技术在工业仪器仪表中的应用研究[J].仪器仪表用户，2025，32（03）：108-110.

[2]郭金祥.自动化控制技术在工业仪器仪表中的应用研究[J].现代制造技术与装备，2024，60（08）：210-212.

[3]吴正伟.自动化控制技术在仪器仪表中的应用[J].机械管理开发，2023，38（11）：299-301.