計算機自動控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的應(yīng)用

　　摘 要：近年來計算機自動控制技術(shù)在我國工業(yè)中的發(fā)展非常迅速。我國的許多大型企業(yè)、工廠由于在80、90年代引入國外生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)線，雖然擴大了生產(chǎn)能力，實現(xiàn)了生產(chǎn)自動化，但對生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)采集和自動控制能力日益提出了新的要求。因此，針對不同企業(yè)的要求和情況，將最新的計算機自動控制技術(shù)引入到工業(yè)生產(chǎn)過程中，是計算機工作人員義不容辭的責任。本文采用比較簡單易懂的語言，通過介紹2個有代表性的本人曾親身參與工作的項目，說明在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中，如何引入計算機和自動控制技術(shù)，完成工業(yè)生產(chǎn)中各種預(yù)測和控制要求。本文旨在向一般工程技術(shù)人員詳細介紹計算機自動控制的工作方法和應(yīng)用，使他們了解這方面的內(nèi)容，故沒有介紹這兩個項目的控制系統(tǒng)中復(fù)雜的硬件設(shè)計和軟件技術(shù)。
　　關(guān)鍵詞：計算機自動控制；工業(yè)生產(chǎn)；發(fā)動機試驗；稱重控制；傳感器；條碼；上位機
　　
　　一、引言
　　
　　近年來，在各個大中型企業(yè)的生產(chǎn)過程中，現(xiàn)已廣泛采用計算機控制技術(shù)，實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程的檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達到提高產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)量、確保安全、提高生產(chǎn)率的目的?？刂评碚摗x器儀表、計算機和其它信息技術(shù)的應(yīng)用，極大地推進了計算機自動控制技術(shù)的發(fā)展。自動控制理論與計算機信息科學(xué)的緊密結(jié)合，給工業(yè)生產(chǎn)過程帶來了新的技術(shù)革新。
　　在各個工業(yè)現(xiàn)場中，計算機自動控制技術(shù)的應(yīng)用十分活躍。計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)可以應(yīng)用于幾乎所有的工廠、生產(chǎn)車間、生產(chǎn)線上。比如發(fā)動機廠、汽車制造廠、發(fā)電廠、鋼鐵廠、印鈔廠等等。
　　但是，工業(yè)現(xiàn)場不同于事業(yè)單位的辦公室或其他場所，那里一般環(huán)境比較惡劣，有著強磁場、幾千伏高壓電、粉塵以及強烈的噪音等，這就要求工業(yè)現(xiàn)場的計算機控制系統(tǒng)具有更好的性能，更強的抗干擾能力。而且由于在工業(yè)現(xiàn)場，經(jīng)常涉及到價值幾十萬到幾千萬的設(shè)備，這就要求整套計算機自動控制系統(tǒng)有不同于辦公室電腦的高可靠性(如連續(xù)無故障工作20000小時)，否則會造成極大的經(jīng)濟損失。
　　由此工業(yè)控制技術(shù)和工業(yè)控制計算機應(yīng)運而生，這是一種特殊的更適合于在工業(yè)環(huán)境中工作，有許多模擬量和開關(guān)量信號輸入和輸出，并完成類似數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)控制等功能的，具有高可靠性、高抗干擾能力、高精度的集成計算機系統(tǒng)。
　　本文以自己在省計算機公司工作時參加的兩個工業(yè)控制項目為例，分析計算機自動控制技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場中的應(yīng)用。
　　
　　二、發(fā)動機試驗的計算機自動控制
　　
　　在高速發(fā)動機制造工業(yè)中，設(shè)計和實驗出一款具有高生產(chǎn)力、能夠自動獲得數(shù)據(jù)的試驗?zāi)芰Α⒏咄ㄓ眯缘牟裼突蚱桶l(fā)動機，成為了一個十分重要的問題。由計算機自動控制系統(tǒng)監(jiān)控的試驗控制器，就是特意為這種目的而發(fā)展起來的一個最新控制裝置?；旧线@種控制器規(guī)定安裝在靠近測試網(wǎng)或熱機試驗臺的地方，監(jiān)督熱機工作。當要試驗多臺不同型號的發(fā)動機時，中心計算機可與幾臺發(fā)動機連接，以取得發(fā)動機的特性和收集有關(guān)的數(shù)據(jù)資料。
　　試驗控制器的主要部件是一臺(或幾臺)微型計算機，配有幾個印制板電路用于收集輸入信號和輸出控制，它們和一個(或幾個)試驗臺相連。計算機編好程序，將發(fā)動機所要進行的試驗的每一步，按照正確的步驟進行控制，并將試驗所得的結(jié)果數(shù)據(jù)進行分析。計算機控制實驗過程和校正實驗數(shù)據(jù)的方法可以自動或手動完成。手動方法大致是，計算機在屏幕上顯示出對指定發(fā)動機手工調(diào)整的指令，并根據(jù)指令和試驗所傳回來的信號，顯示出各項正在調(diào)整中的性能數(shù)值。
　　計算機監(jiān)控試驗控制器的主要用途是作為整個試驗系統(tǒng)的控制部件。每一臺發(fā)動機試驗系統(tǒng)，應(yīng)包括有把發(fā)動機快速移進試驗臺、連接好必要的輔助接頭的裝置，以及自動把傳動軸與測功器準確校正連接起來的設(shè)備。這一切都是為了提高試驗效率和減少試驗時間。試驗控制器的自動校準能力，可以為在復(fù)合式試驗臺中測量發(fā)動機的性能制定出統(tǒng)一的標準。
　　當試驗控制器作為整個系統(tǒng)的一部分使用時，它起著多種作用。這取決于不同發(fā)動機的特性及用戶不同的標準試驗過程。在大部分試驗過程中，一系列調(diào)整需要由操作者來手動完成。但是這些調(diào)整指令是根據(jù)預(yù)先的設(shè)計，由計算機預(yù)先編制成程序，當試驗時在顯示器上顯示出來，以幫助操作者迅速、有效和準確地進行試驗。當發(fā)動機以不同轉(zhuǎn)速在不同負荷下運轉(zhuǎn)時，控制器的任務(wù)是記錄試驗過程和發(fā)動機性能數(shù)據(jù)。計算機則在這個過程中按指令操縱發(fā)動機，并將同一時刻由各種傳感器傳回來的電信號換算成相應(yīng)的讀數(shù)并記錄下來。
　　從功能中上說，計算機監(jiān)控試驗控制器系統(tǒng)的能力是減少確定一臺發(fā)動機是否合乎標準所需的時間。發(fā)動機操作條件的穩(wěn)定性和發(fā)動機性能的動向，用計算機監(jiān)察比操作者監(jiān)視控制盤是快得多。計算機可以大大地減少確定一臺發(fā)動機質(zhì)量所需的時間。
　　將試驗中取得的發(fā)動機性能數(shù)據(jù)打印并保存起來，也是生產(chǎn)過程中必需的，這些要求都可以由計算機來完成，這些數(shù)據(jù)作為將來維修或報廢的依據(jù)。
　　由幾套計算機和試驗臺所構(gòu)成的計算機自動控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可用于控制幾套試驗臺同時工作。其特點是每個試驗臺都有各自單獨的計算機，每臺計算機都與中心計算機連接。如果試驗控制器的任何一部分因故障暫時中斷工作，則只有一個試驗臺受影響，因為每個試驗臺的控制和監(jiān)督都是由單獨的計算機完成的。試驗控制器可用于現(xiàn)有試驗臺的現(xiàn)代化，或成為整個新的試驗系統(tǒng)的一部分。每個試驗臺要有一個控制臺。儀器是按標準設(shè)計的。設(shè)計中有若干套印制板電路用來適應(yīng)用戶不同的要求。
　　試驗臺的計算機自動控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是計算機在工業(yè)中的一個典型的應(yīng)用，目前已在我國得到廣泛使用?？傊?，所有的努力都是為了提高自動化的程度，以使每個工業(yè)設(shè)備能夠發(fā)揮100%的生產(chǎn)力。
　　
　　三、核燃料廠的HRL微機控制稱重系統(tǒng)
　　
　　HRL微機控制稱重系統(tǒng)，是給中國宜賓核燃料廠四車間稱重裝置開發(fā)的一套完整的計算機自動監(jiān)測和控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)具有設(shè)置稱重、實時控制稱重與數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、報表打印、文件處理等多項功能。它能夠?qū)崟r監(jiān)視和控制現(xiàn)場稱重與核燃料裝管，顯示稱重情況，測量稱重數(shù)據(jù)，并隨時對工作中的異常情況作出報警，以便工作人員處理，另外，還能輸入各種如放行號、芯塊批號等信息，作日報表以備存檔。
　　該廠編號為814廠，是制造提供給核電廠原子發(fā)應(yīng)堆的原材料----芯管裝核燃料和其他核產(chǎn)品的國家重量級工廠。在四車間，有一套完整的生產(chǎn)線，用于將核燃料裝管。其中，有3個工作臺，在其上將核燃料裝管、貼上條碼、并稱重。由微機控制稱重系統(tǒng)完成裝管控制，讀條碼，稱空管和毛管的重量，傳輸回中心計算機并處理數(shù)據(jù)等工作。
　　HRL微機控制稱重系統(tǒng)包括二層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其低層是現(xiàn)場總線將數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、以及工控機的遠程I/O點連接在一起的設(shè)備層、上層是將PLC可編程控制器、工控機以及操作員界面連接在一起的控制層，完成管理和信息服務(wù)任務(wù)。
　　整套系統(tǒng)完整的裝管控制和數(shù)據(jù)收集過程為：
　　首先，操作人員打開上位機，運行軟件，屏幕出現(xiàn)歡迎畫面；操作人員首先進入信息輸入設(shè)置窗口，依次根據(jù)屏幕格式輸入QC放行單號、與此放行號相對應(yīng)的包殼管最大序號與最小序號(如今天操作300根，則為第1根，…，第300根)，及操作者和代班長；再進入實時控制窗口，屏幕上主菜單消失，出現(xiàn)實時稱重工況圖，并開始實時控制稱重過程。
　　讓許多芯管依次上1#空管臺，系統(tǒng)讀取稱臺上空管的條碼，稱出空管的重量，若這兩種操作因故障無法完成，系統(tǒng)就會反復(fù)作這種操作，并不發(fā)出下稱臺信號，則空管下不了稱臺，此時就要由工作人員來處理，排除故障。如果一切順利，則立即發(fā)出下稱臺信號。
　　
　　這些管子再上2#裝管臺，在計算機“允許裝管”控制開關(guān)打開后，一支一支上臺裝管并讀出條碼，通常18支為一批，構(gòu)成該批芯管，一批芯管操作完畢后，計算機會關(guān)閉“允許裝管”開關(guān)并提示要求操作人員輸入此時裝管的芯塊批號。完成后再重新打開“允許裝管”開關(guān)，進行下一批芯管的裝管工作。
　　管子再隨著生產(chǎn)線一支一支地上3#滿管臺，由系統(tǒng)完成稱重和讀條碼。其工作過程和1#臺類似。
　　稱重和裝管過程中，若1#臺，2#臺，3#臺的光電開關(guān)有信號，說明有故障，則系統(tǒng)立即處理并報警。
　　計算機上位機除了完成稱重控制外，還有數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)備份、報表輸出等功能。
　　在裝管過程中，計算機的屏幕上顯示出當前工作情況—“工況圖”?！肮r圖”上對稱重情況作了比較詳細、直觀和實時的描述。圖的上部是表示當前各臺的工作情況。下部以“序號、批號、棒號、空管重量、棒重量、芯塊重量”五個數(shù)據(jù)描述最近所裝完、稱完的管子的情況，最多可顯示10個管子。
　　該控制系統(tǒng)實際運行結(jié)果表明，系統(tǒng)人機界面良好，運行穩(wěn)定，系統(tǒng)可靠性高。精度可達到0.1%，其中傳感器精度為0.05%，并通過了計量部門的標定。
　　
　　四、結(jié)論
　　
　　計算機自動控制系統(tǒng)大致由上位機、終端控制設(shè)備、傳感器等組成。根據(jù)不同生產(chǎn)現(xiàn)場的控制要求，設(shè)計者先編制出含有信號檢測、數(shù)據(jù)處理、過程控制等內(nèi)容的管理程序軟件，存儲于計算機中，再在實際生產(chǎn)過程中，由計算機根據(jù)軟件收集由終端控制設(shè)備傳來的各種模擬量和數(shù)字量信號，經(jīng)計算后給終端控制系統(tǒng)發(fā)出控制電信號。終端控制設(shè)備向上位機輸送檢測信息，根據(jù)上位機的指令輸出控制信號，使電器機械設(shè)備執(zhí)行動作，實現(xiàn)實際控制要求。
　　計算機自動控制技術(shù)作為一門日新月異的先進技術(shù)，其提供的整套數(shù)據(jù)采集和自動控制系統(tǒng)以高可靠性、易用性方便了工業(yè)現(xiàn)場的使用。在其基礎(chǔ)上發(fā)展起來的網(wǎng)絡(luò)化和現(xiàn)場總線技術(shù)又進一步促進了工業(yè)自動化的發(fā)展。計算機自動控制技術(shù)建立的系統(tǒng)可以顯著提高企業(yè)的生產(chǎn)效益，使企業(yè)得以實現(xiàn)深層次的信息化，是目前滿足我國工業(yè)自動化改造與創(chuàng)新發(fā)展的一個強大的動力。
　　 作者單位：四川師范大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院
　　
　　參考文獻:
　　[1] 王樹青.工業(yè)過程控制工程[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社. 2004:128-130.
　　[2] 付家才，王秀琴著. 現(xiàn)代工業(yè)控制基礎(chǔ)[M]. 黑龍江:哈爾濱工程大學(xué)出版社. 2003:79-82.