探析自動化在工業(yè)控制中的應(yīng)用

陳世劍 羅輝利 蔣彬

隨著我國的改革開放以來，科學(xué)技術(shù)和計算機應(yīng)用技術(shù)也在不斷地發(fā)展，因此，在各個行業(yè)中實行自動化也是社會發(fā)展的必然要求，也是值得人們的關(guān)注和探索，通過計算機技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)自動化管理已經(jīng)逐漸成為工業(yè)化發(fā)展和生產(chǎn)的主要方法，在目前的工業(yè)領(lǐng)域中，實現(xiàn)自動化管理對于工業(yè)領(lǐng)域來說對提高該行業(yè)的生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量和效益的發(fā)展是極為重要和關(guān)鍵的，是當(dāng)今工業(yè)控制領(lǐng)域中最為關(guān)鍵和重要的環(huán)節(jié)。

一、對自動化的簡單敘述

隨著改革開放和我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，電子計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用，我國的各個領(lǐng)域、各個部門和行業(yè)中都漸漸地步入了以電子計算機和信息技術(shù)為主導(dǎo)的時代，自動化成為了當(dāng)今工業(yè)管理和控制工作中最為核心的部分，也是當(dāng)前工業(yè)控制領(lǐng)域中我們研究和探索的最主要的手段和重要的環(huán)節(jié)。

（一）、自動化的廣泛定義

如今社會上所謂的自動化主要就是指在各項工業(yè)生產(chǎn)中的機械設(shè)備、各種操作系統(tǒng)實現(xiàn)無人工的操作，在無人或者是少人操作的情況下，通過預(yù)定的系統(tǒng)控制理念和要求，從而來進行自動檢測、加工和生產(chǎn)，最終實現(xiàn)最終的生產(chǎn)目標。在當(dāng)今的社會發(fā)展中，自動化技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)、建筑行業(yè)、交通運輸以及軍事領(lǐng)域中得到了較為廣泛的應(yīng)用。

（二）、在工業(yè)領(lǐng)域中自動化的定義

在工業(yè)領(lǐng)域中，對自動化的定義主要是指在工業(yè)生產(chǎn)的過程中，用各種各樣的參數(shù)作為工業(yè)產(chǎn)業(yè)的目標和目的，從而來實現(xiàn)一種不需要人工管理的一種新的模式，在工業(yè)控制中，我們要盡量的以節(jié)省人力資源為目標，充分利用各種新能源和信息技術(shù)的一種生產(chǎn)方式，在當(dāng)今的社會的發(fā)展中，這種無人化管理的生產(chǎn)方式和生產(chǎn)體系越來越受到人們的關(guān)注和重視，從而形成了一套綜合化、系統(tǒng)化的管理理念。

在當(dāng)今我國社會發(fā)展中，實現(xiàn)自動化的控制是我國整個社會發(fā)展的最主要的基礎(chǔ)，也是工業(yè)生產(chǎn)能夠順利的完成的關(guān)鍵所在，還是能夠?qū)崿F(xiàn)全面、綜合、系統(tǒng)化的核心環(huán)境。在目前的工業(yè)管理的工作中，自動化的管理仍然是一項復(fù)雜又具有綜合性的設(shè)計模式，因此實現(xiàn)自動化的管理理念能夠促進工業(yè)控制領(lǐng)域進步與發(fā)展。

二、自動化技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用

隨著改革開放的發(fā)展，我國的經(jīng)濟與科技也在飛速的發(fā)展中，因此，在工業(yè)控制領(lǐng)域中實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化也是非常重要的，自動化技術(shù)通常是指能夠在工業(yè)生產(chǎn)的過程中通過自動化監(jiān)測、自動化的監(jiān)測、自動化的調(diào)度、自動化的管理等一些列的自動化技術(shù)為基礎(chǔ)的一種管理的控制流程，從而能夠增加工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)量，從而提高生產(chǎn)的質(zhì)量，降低生產(chǎn)的能源消耗。就目前而言，我國在工業(yè)自動化管理控制中，主要有以下的幾個方面：

（一）、在自動化控制中使用總線技術(shù)

隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，也引起了自動化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革，總線技術(shù)在目前的工業(yè)生產(chǎn)中越來越受到人們的關(guān)注，而總線技術(shù)的發(fā)展也是整個社會發(fā)展領(lǐng)域中最為關(guān)鍵的部分。隨著我國計算機技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展和普及，在目前的工業(yè)控制領(lǐng)域中和各個行業(yè)中，通過計算機技術(shù)為平臺的自動化技術(shù)和自動化的管理已經(jīng)成為了現(xiàn)實。從一般的情況來說，在總線的布置的過程中，都是運用計算機為平臺，從而進行模擬化的操作，最終實現(xiàn)工業(yè)控制系統(tǒng)在運行的狀態(tài)下都能夠在監(jiān)控的范圍之內(nèi)，通過自動化的應(yīng)用，能夠使工業(yè)控制系統(tǒng)得到有效的監(jiān)督與管理。在如今電氣自動化的領(lǐng)域之中，計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)在許多行業(yè)中的到了普及，PC的人機界面被人們普遍的采用，通過PC可以更加直觀、靈活地體現(xiàn)出自動化的特點。

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是目前自動化技術(shù)中最為突出的一個熱點，也受到了國內(nèi)外自動化設(shè)備制造商和使用自動化設(shè)備用戶的關(guān)注與重視，現(xiàn)場總線技術(shù)是通過專業(yè)的微處理器的導(dǎo)入到傳統(tǒng)的測量控制儀表中，讓這些設(shè)備都具有了數(shù)字計算和數(shù)字通信的能力，通過總線技術(shù)把許多個測量控制儀器表串聯(lián)起來，形成一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并且按照公開和公正的通信協(xié)議，把多個危害測量控制設(shè)備和現(xiàn)場的設(shè)備與遠程的監(jiān)控計算機連在一起，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和信息的交換，最終形成了一個適合各種需要的自動控制系統(tǒng)。而現(xiàn)場總線技術(shù)是一種串行的通訊總線，具有雙向傳輸?shù)奶攸c，通過電纜與現(xiàn)場的遠程I/O站、智能儀表、變頻器等系列的設(shè)備連接起來，并且將這些設(shè)備所反映的數(shù)字集中管理，然后傳到中央控制器上來，從而促進了自動化技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域中應(yīng)用?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，給自動化領(lǐng)域在過程控制系統(tǒng)上帶來一次嶄新的變革，從而開創(chuàng)自動化變革的新時代。例如現(xiàn)場總線在煤化工控制領(lǐng)域中的應(yīng)用，在我國，中、小氮肥造氣工藝多數(shù)采用固定床間歇式造氣爐，五步循環(huán)的制氣控制直接影響煤氣的產(chǎn)量、質(zhì)量及原料的消耗，長期一直受到業(yè)內(nèi)的高度重視。氣化層溫度將隨著空氣的加入而升高，隨著蒸氣的加入而降低，呈現(xiàn)一定規(guī)律變化，該生產(chǎn)過程被稱為一個工作循環(huán)，如下圖一二所示分別為各階段氣體流向示意圖、工作循環(huán)中各閥門開閉狀態(tài)。

在工藝流程中必須安裝足夠的閥門，通過對閥門的閉啟來控制間歇制氣工藝生產(chǎn)過程，工藝流程如下圖所示：

（二）、P L C在自動化領(lǐng)域中應(yīng)用

PLC是一種集計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)。PLC通信包括PLC間的通信和PLC與其他職能設(shè)備間的通信，隨著科學(xué)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，使得PLC的功能變得更加的廣泛，目前的PLC應(yīng)用比較廣泛，在工業(yè)自動化控制的發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用，利用PLC的運用可以實現(xiàn)順序控制、過程控制、運動控制、信息控制和遠程控制，其中的順序控制不再是以前傳統(tǒng)的控制模式，是通過PLC觸點的狀態(tài)信息來實現(xiàn)，只要通過一些簡單的執(zhí)行指令就可以進行有序的控制。過程控制是針對模擬量的工作過程，對工業(yè)控制設(shè)備的電流、電壓、溫度等模擬量進行分析，從而與用戶產(chǎn)生一定的聯(lián)系，使工業(yè)控制設(shè)備中的工作參數(shù)能夠按照規(guī)定的要求來進行工作。運動控制是機械的運動，這樣控制也為PLC的控制提出了新的要求和新的技術(shù)要求，在控制對象下通過直線運動或者是圓周運動，PLC可以發(fā)揮自身的優(yōu)勢，來實現(xiàn)機械的運動控制。信息控制的優(yōu)勢是能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)處理的功能，通過對信息的收集，處理，以及存儲與傳輸，從而實現(xiàn)信息的控制目的，并且能夠進行數(shù)據(jù)分析。遠程控制是指利用PLC的通行接口與互聯(lián)網(wǎng)模塊的通信功能相聯(lián)系，從而實現(xiàn)PLC的遠程控制，如今遠程控制的方式有PLC與PLC控制網(wǎng)的遠程控制，PLC與設(shè)備的智能終端相互聯(lián)系來實現(xiàn)遠程控制等等。

隨著計算機和電子技術(shù)的發(fā)展，PLC的應(yīng)用領(lǐng)域也在迅速的擴大，因此對PLC的功能要求也在不斷地提高，這樣使得PLC技術(shù)更加的趨于完善，通信功能的完善也促進過來自動化在工業(yè)控制領(lǐng)域中的發(fā)展，PLC在工業(yè)領(lǐng)域的作用也逐漸日益增大，PLC不但是今后工業(yè)自動化發(fā)展的有利支柱，也必將是工業(yè)化生產(chǎn)的重要支撐。目前的PLC正向著微型化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，相信，在不就得將來，PLC的發(fā)展將是自動化在工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)展中的趨勢。

（三）、在自動化工業(yè)控制應(yīng)用中采用嵌入式的微控技術(shù)

所謂嵌入式的為控制技術(shù)就是指運用嵌入式的微控制器將先進的計算機技術(shù)、電子技術(shù)以及一些先進的科學(xué)技術(shù)與相關(guān)產(chǎn)業(yè)的具體要求和具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物，嵌入式的微控技術(shù)是以應(yīng)用為核心，以計算機信息技術(shù)為基礎(chǔ)，通過對軟件和硬件進行合適的剪裁，從而制造出一種能夠適應(yīng)該系統(tǒng)對功能、成本以及功耗的專用的計算機系統(tǒng)，嵌入式的微控技術(shù)往往是一種特定的應(yīng)用，因此，該技術(shù)的設(shè)計和開發(fā)的應(yīng)用都必須考慮到對環(huán)境和系統(tǒng)的嚴格要求，該項技術(shù)是一個發(fā)散的、具有很高科技含量的專業(yè)系統(tǒng)。

自動化在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用中，嵌入式的微控技術(shù)是非常重要的，該項技術(shù)是由嵌入式微控制器為核心的，而嵌入式微控制器系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)共同組成的，但是往往為了能夠控制該系統(tǒng)的執(zhí)行能力、執(zhí)行的速度和自行的安全性，嵌入式微控制器系統(tǒng)的軟件一般都是通過一定的程序存儲在微控制器中，同時再加上外部的專用電路和專用的系統(tǒng)軟件，從而形成了專業(yè)的計算機的應(yīng)用系統(tǒng)。

嵌入式的微控制器在工業(yè)領(lǐng)域的運用中，其數(shù)量遠遠的超過了一些通用的計算機，當(dāng)今的社會中，制造業(yè)、工業(yè)控制領(lǐng)域、通信領(lǐng)域、以及航天航空領(lǐng)域中都廣泛的運用了嵌入式的微控技術(shù)，自從改革開放以來，全球化的進一步發(fā)展，嵌入式的微控制技術(shù)也在不斷地走向成熟，并且運用的領(lǐng)域也在逐漸的擴大，嵌入式的微控制技術(shù)在如今的社會上已經(jīng)被公認為是一個具有發(fā)展前景的新技術(shù)。

（四）、在自動化工業(yè)控制應(yīng)用中變頻器技術(shù)的發(fā)展

在自動化工業(yè)控制應(yīng)用中，變頻器技術(shù)是一門綜合性的專業(yè)技術(shù)，該項技術(shù)是建立在電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)的基礎(chǔ)之上，而逐漸地發(fā)展和應(yīng)用起來的。

一方面，我們可以將變頻器看做是一個可以變頻可調(diào)節(jié)的交流電源，通過改變該變頻器的頻率，從而實現(xiàn)對電動機速度的控制，因此只需要改變變頻器內(nèi)部的開關(guān)順序，就能夠?qū)崿F(xiàn)電動機的正常切換。

另一方面，該變頻器還具有直流制動的功能，不需要另外增加制動控制電路，就能實現(xiàn)制動的功能，如果設(shè)備需要制動時，通過該變頻器可以給電動機加上一個直流電壓，通過利用自己的制動回路，將工業(yè)控制設(shè)備的負載能量的消耗在制動電阻上進行制動，在使用變頻器的時候，往往只需要在電網(wǎng)電源和如今現(xiàn)有的電動機之間接入該變頻器的相應(yīng)設(shè)備，并不需要對電動機和系統(tǒng)本身進行大量的設(shè)備改造，因此，該變頻器的使用就可以適應(yīng)各種工作的環(huán)境。此外，該變頻器的節(jié)能效果也是非常顯著的，如今社會對環(huán)保的要求也是相當(dāng)之高的，而該變頻器對工業(yè)中大量使用的設(shè)備來說，其節(jié)能的效果是非常明顯的，符合國家對環(huán)保的要求。

結(jié)語：

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展?？茖W(xué)技術(shù)一直以來都被看做是第一生產(chǎn)力，鄧小平說過“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”因此，只有在發(fā)展工業(yè)的同時，不斷地創(chuàng)新，不斷地引進新的技術(shù)和新的設(shè)備，才能夠促進工業(yè)的發(fā)展，從而帶動我國經(jīng)濟的發(fā)展，才能是我國在世界上立于不敗之地，隨著社會的進步，工業(yè)自動化的控制技術(shù)也在突飛猛進的發(fā)展，只有在工業(yè)領(lǐng)域和其他各項領(lǐng)域中實現(xiàn)自動化的管理，才能夠帶動該行業(yè)的發(fā)展，就目前我國的發(fā)展形勢來看，工業(yè)自動化控制技術(shù)在未來必將會有一個更加廣闊的發(fā)展前景。工業(yè)自動化控制技術(shù)必然會得到更廣泛的普及。

[1]中國大百科全書總編輯委員會[自動控制與系統(tǒng)工程]編輯委員會．中國大百科全書——自動控制與系統(tǒng)工程卷．北京：中國大百科全書出版社，1991

[2]羅福午．土木工程(專業(yè))概論．武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社2000.4