工業(yè)自動化中計算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用

李新宇

（青島理工大學(xué)信息與控制工程學(xué)院， 山東 青島 266520）

1 工業(yè)自動化技術(shù)的基本概述

計算機(jī)控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中起著重要作用，有效提高了公司產(chǎn)品的生產(chǎn)水平，市場競爭力更加明顯，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化[1]。在計算機(jī)控制系統(tǒng)中，分布式控制系統(tǒng)（DCS）是工業(yè)生產(chǎn)過程中的媒介，使計算機(jī)技術(shù)可以有效地收集、分析和處理數(shù)據(jù)，并將工業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)作為一個整體進(jìn)行管理。分布式控制系統(tǒng)是一種分布式計算體系結(jié)構(gòu)，它將任務(wù)分配給相應(yīng)的處理器，以實現(xiàn)每個處理器的各種功能優(yōu)勢。在工業(yè)生產(chǎn)中，可以實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)線的自動化控制，有效地提高了生產(chǎn)的效率。在工業(yè)生產(chǎn)自動化過程中，可靠性是分布式系統(tǒng)的主要特點[2]，具有數(shù)據(jù)采集、直接數(shù)字控制和交互控制等功能，是工業(yè)生產(chǎn)過程中較好的控制系統(tǒng)。例如，在硬件和流程制造中，可接受性可以有效地在軟件設(shè)計中引入自動系統(tǒng)恢復(fù)和自動處理，以提高分布式系統(tǒng)的效率。工業(yè)自動化系統(tǒng)借助計算機(jī)控制技術(shù)，就可以在生產(chǎn)中實現(xiàn)自行編程，易于操作、可靠性高。還可以根據(jù)工業(yè)自動化系統(tǒng)所具有的邏輯換算模塊功能，結(jié)合工業(yè)自動化系統(tǒng)實際的工業(yè)設(shè)計，開展不同需求的組合工作，如將微型計算機(jī)技術(shù)與機(jī)電控制技術(shù)相結(jié)合，使進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)變得更加的智能化和科技化。

2 計算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用原理及技術(shù)分析

2.1 計算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用原理

計算機(jī)控制技術(shù)在實際應(yīng)用中，也被人們稱為可編程邏輯控制器（PLC）。在我國工業(yè)生產(chǎn)中,通過將工業(yè)自動化系統(tǒng)與智能運(yùn)行管理相結(jié)合，可以借助計算機(jī)控制技術(shù)所具有的智能化程序儲存功能，將工業(yè)自動化系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的指定程序進(jìn)行邏輯算術(shù)的編排，使工業(yè)自動化系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)先編排的邏輯算術(shù)進(jìn)行定時運(yùn)算、順序控制、逆勢控制等操作命令。目前,在我國工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用計算機(jī)控制技術(shù)，可以實現(xiàn)工業(yè)機(jī)械智能化運(yùn)行和工業(yè)生產(chǎn)的整體控制。通常,在實際生產(chǎn)工作中，工作人員會將工業(yè)自動化系統(tǒng)中的計算機(jī)控制技術(shù)看做智能化信號模擬輸出器和數(shù)字信號接收器，這主要源于計算機(jī)控制技術(shù)可以與大量的生產(chǎn)設(shè)備及機(jī)械設(shè)備相連接，實現(xiàn)機(jī)械設(shè)備與生產(chǎn)設(shè)備的智能化工業(yè)操作。借助計算機(jī)控制技術(shù)，工業(yè)生產(chǎn)中的機(jī)械設(shè)備具有較高的抗干擾性能。

2.2 計算機(jī)控制技術(shù)分析

在工業(yè)生產(chǎn)中，計算機(jī)的引入在一定程度上可以滿足生產(chǎn)要求，保證生產(chǎn)質(zhì)量。在工業(yè)生產(chǎn)中，計算機(jī)根據(jù)生產(chǎn)指標(biāo)編寫程序，嚴(yán)格控制整個生產(chǎn)線的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，從而使產(chǎn)品規(guī)格更加準(zhǔn)確。在整個布局中，計算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)不屬于工業(yè)自動控制系統(tǒng)，而在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中卻處于非常重要的地位。計算機(jī)控制系統(tǒng)要求對信息進(jìn)行實時采集和處理，然后根據(jù)信息處理的結(jié)果設(shè)計工業(yè)生產(chǎn)的最佳參數(shù)，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動控制功能，保證工業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。首先，根據(jù)計算機(jī)控制技術(shù)的原理展開分析，計算機(jī)控制技術(shù)的原理主要是根據(jù)對計算機(jī)硬件、軟件、程序的改變，來實現(xiàn)自動化控制。根據(jù)分析結(jié)果可知計算機(jī)的控制系統(tǒng)受硬件系統(tǒng)的影響，通過對計算機(jī)硬件設(shè)計來滿足用戶的需求，可以幫助企業(yè)在生產(chǎn)過程中更改數(shù)據(jù)。計算機(jī)的控制系統(tǒng)還受軟件系統(tǒng)的影響，主要是通過對計算機(jī)的軟件程序控制來控制整個生產(chǎn)線。同時，計算機(jī)控制系統(tǒng)還具有監(jiān)督、監(jiān)控作用，主要是通過對信息的電子監(jiān)控，來完成整個生產(chǎn)的管理。這個控制系統(tǒng)比較簡便，通過無線的方式進(jìn)行監(jiān)控，讓電子控制的作用發(fā)揮到極致。與傳統(tǒng)的手動控制相比，具有對整個過程有效監(jiān)控和實時反映的功能，可節(jié)省時間、降低人工成本。采用先進(jìn)、方便、有效的管理方法，實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部信息的共享、實時監(jiān)控和修改，提高了工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的可靠性，提高了生產(chǎn)效率。電子監(jiān)控設(shè)備可以有效地實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，完全克服了距離的限制。自動化工業(yè)控制系統(tǒng)中的各種控制手段和檢測儀器是不一樣的，該執(zhí)行器旨在根據(jù)控制器控制信號的變化，正確調(diào)節(jié)工業(yè)自動化系統(tǒng)輸出的線性和角度位移。計算機(jī)對存儲器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析，執(zhí)行特定操作和邏輯數(shù)據(jù)處理，處理結(jié)果在數(shù)據(jù)處理后傳輸?shù)酱鎯ζ鞯刂?。然后從存儲器中刪除第二命令，并重復(fù)第一命令，直到收到停止命令。數(shù)據(jù)采集的主要目的是采集控制對象的實時數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)焦I(yè)控制系統(tǒng)的計算機(jī)存儲器中。實時決策過程包括對實時采集的信息進(jìn)行處理，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的系統(tǒng)控制規(guī)律制定后續(xù)控制計劃。一旦數(shù)據(jù)處理完畢，計算機(jī)就會作出適當(dāng)?shù)臎Q定。當(dāng)解決方案發(fā)送到控制系統(tǒng)時，系統(tǒng)將自動分配任務(wù)并監(jiān)視每個程序的執(zhí)行。

3 工業(yè)自動化控制中計算機(jī)控制技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 數(shù)字化控制技術(shù)

數(shù)字控制是工業(yè)自動化的一種重要模式，可以用符號和數(shù)字進(jìn)行編程。數(shù)字控制要求計算機(jī)設(shè)備根據(jù)特定的計算機(jī)指令傳輸數(shù)據(jù)，一旦收到相關(guān)任務(wù)，必須按照項目管理程序使用該設(shè)備。在數(shù)字密鑰管理領(lǐng)域，軟件對計算機(jī)管理領(lǐng)域的所有應(yīng)用都非常重要。同時，在工業(yè)生產(chǎn)過程中，數(shù)字控制程序?qū)⒊尸F(xiàn)出直觀的數(shù)字狀態(tài)。通過對數(shù)字信息的合理分析，可以快速發(fā)現(xiàn)設(shè)備錯誤，有效降低工業(yè)加工成本，提高工業(yè)自動化生產(chǎn)效率。在實踐中，只有采用高效、先進(jìn)的數(shù)字控制技術(shù)，才能實現(xiàn)高水平的工業(yè)自動化，加強(qiáng)對所有工業(yè)生產(chǎn)故障的控制，提高工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。數(shù)字測量儀器的主要功能是使用傳感器和測量線，將工業(yè)生產(chǎn)參數(shù)轉(zhuǎn)換為信號[4]。其主要功能是在生產(chǎn)過程中采集測量信號，通過內(nèi)部數(shù)字電路對信號進(jìn)行處理，然后學(xué)習(xí)工業(yè)自動化系統(tǒng)的編程規(guī)則，通過輸出模擬信號或程序產(chǎn)生的信號數(shù)字，驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，自動完成閉環(huán)輸出控制。

3.2 可編程邏輯控制器

計算機(jī)控制系統(tǒng)包含著可編程邏輯控制器（PLC），在切換邏輯控制時，可有效控制產(chǎn)品邏輯和生產(chǎn)順序，實現(xiàn)多組機(jī)器控制和流水線控制。在控制生產(chǎn)過程時，該技術(shù)可以控制生產(chǎn)環(huán)境，包括濕度、溫度和壓力等，使生產(chǎn)流水線能根據(jù)控制程序完成工作。在這個過程中不需要太多的員工，只需要少許員工來監(jiān)督機(jī)械運(yùn)行的機(jī)動性和安全性，確保生產(chǎn)線上的數(shù)據(jù)足夠準(zhǔn)確，技術(shù)人員可以根據(jù)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量反饋，來完善程序的準(zhǔn)確性，不斷完善生產(chǎn)數(shù)據(jù)[5]。

3.3 分布式控制系統(tǒng)

分布式控制系統(tǒng)（DCS）是一種多層次的計算機(jī)控制系統(tǒng)，對提高工業(yè)自動化的計算機(jī)控制技術(shù)起著重要作用。分布式控制系統(tǒng)由中央計算機(jī)和分布式計算機(jī)組成，分析工業(yè)控制系統(tǒng)中的分布式數(shù)據(jù)，并將結(jié)果發(fā)送給計算機(jī)。計算機(jī)的工作是收集和分發(fā)信息，提高工業(yè)自動化應(yīng)用的可靠性和安全性。每個子系統(tǒng)既是獨(dú)立的，又是相互關(guān)聯(lián)的。子系統(tǒng)故障不影響其他子系統(tǒng)的正常功能。此外，通過接口連接到控制系統(tǒng)和兩個接口，可實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制，實現(xiàn)準(zhǔn)確、高效、安全的生產(chǎn)管理。

3.4 現(xiàn)場總線管理系統(tǒng)

自動化工業(yè)控制中的現(xiàn)場總線包括數(shù)字通信控制和控制系統(tǒng)，在應(yīng)用過程中，它有一個特殊的處理器，能夠提供與測量控制器的通信，進(jìn)行計算機(jī)分析和通信。在工業(yè)自動化生產(chǎn)中，中央生產(chǎn)線可以實現(xiàn)在線開發(fā)和控制，為各種工業(yè)自動化設(shè)備和系統(tǒng)的應(yīng)用和運(yùn)行提供重要支持。計算機(jī)開始從存儲器中提取第一個指令，驅(qū)動程序根據(jù)指令要求對計算機(jī)存儲器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，進(jìn)行具體操作和邏輯數(shù)據(jù)處理，在數(shù)據(jù)處理后將處理結(jié)果傳輸?shù)酱鎯ζ鞯刂贰Ｈ缓髲膬?nèi)存中刪除第二個命令，重復(fù)第一個處理命令，直至收到停止命令[6]。計算機(jī)控制方法的應(yīng)用過程包括數(shù)據(jù)采集、實時決策和執(zhí)行控制任務(wù)三個階段。數(shù)據(jù)采集的主要目的是實時采集控制對象數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)焦I(yè)自動化控制系統(tǒng)的計算機(jī)存儲器中。實時決策涉及處理實時收集的信息，并根據(jù)預(yù)先確定的系統(tǒng)控制規(guī)律制定后續(xù)控制計劃。一旦處理了數(shù)據(jù)，計算機(jī)就會做出相應(yīng)的決定。將解決方案發(fā)送到控制系統(tǒng)后，系統(tǒng)會自動分配任務(wù)并自動監(jiān)控每個程序的執(zhí)行情況。

3.5 計算機(jī)傳感器

基于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和傳感器的計算機(jī)控制方法在工業(yè)自動化的具體應(yīng)用中，傳感器起著非常重要的作用，是控制工業(yè)自動化的重要條件。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳感器具有數(shù)字化、系統(tǒng)化、精確化和智能化的特點。傳感器的性能在一定程度上決定了工業(yè)自動化的水平[7]。目前，傳感器和計算機(jī)可以實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)信息的全面采集和管理，以及對各種過程信息的動態(tài)控制，從而保證了工業(yè)自動化的安全運(yùn)行。計算機(jī)控制技術(shù)支持為工業(yè)提供數(shù)據(jù)信息的綜合控制系統(tǒng)。計算機(jī)控制技術(shù)由多種集成技術(shù)組成，包括硬件和軟件的集成。工業(yè)自動控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，無疑提高了工業(yè)生產(chǎn)效率，促進(jìn)了我國工業(yè)的發(fā)展[8]。

4 結(jié)語

工業(yè)自動化系統(tǒng)中利用計算機(jī)控制技術(shù)開展工作，會對原有的工業(yè)自動化系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響。因此，相關(guān)部門需要做好計算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用的準(zhǔn)備工作，為工業(yè)自動化系統(tǒng)的運(yùn)行打好基礎(chǔ)。通過計算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用，可以將大數(shù)據(jù)技術(shù)與傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)功能相結(jié)合，全面提升工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，值得在我國工業(yè)自動化系統(tǒng)開發(fā)中推廣并使用。此外，在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的今天，計算機(jī)控制技術(shù)可以通過完美的人機(jī)界面和通訊設(shè)備，制作出品種更加豐富、規(guī)格更加齊全的產(chǎn)品，以適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求。