微型計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制中的動(dòng)態(tài)模擬技術(shù)

孫 偉

（盤(pán)錦職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 盤(pán)錦124000）

一、微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)已經(jīng)從第1 代升級(jí)為第4 代， 無(wú)論是軟硬件系統(tǒng)或操作性能均有了很大的改變，這些都標(biāo)志著電子計(jì)算器產(chǎn)品的普及應(yīng)用。 經(jīng)過(guò)第4 代計(jì)算機(jī)革新之后，微型計(jì)算機(jī)成為了信息產(chǎn)品的主流方向，這是一種相對(duì)微小的電子計(jì)算機(jī)。 從實(shí)際應(yīng)用反饋的情況分析，微機(jī)相比于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)具有明顯的特點(diǎn)，主要包括：

1、電路廣。 電路是數(shù)據(jù)信號(hào)對(duì)接的主要平臺(tái)，用于計(jì)算機(jī)及其主控設(shè)備信號(hào)的傳輸控制，為用戶提供最可靠的數(shù)據(jù)指導(dǎo)路徑。 過(guò)去計(jì)算機(jī)硬件裝置的性能有限，使用了單一式的電路傳輸系統(tǒng)，這種電路不僅承載的數(shù)據(jù)流量小，且處理數(shù)據(jù)的流通效率偏低。 微型計(jì)算機(jī)體積空間逐漸減小，電路連接形式方面被進(jìn)一步優(yōu)化。

2、體積小。新型計(jì)算機(jī)最大的特點(diǎn)在于“微”，微小的占用體積顯現(xiàn)出了電子計(jì)算機(jī)的外形優(yōu)勢(shì)，用戶可根據(jù)使用要求隨意地?cái)y帶裝備。 電力行業(yè)選用微機(jī)作為主控中心平臺(tái)，節(jié)約了大部分設(shè)備占用的空間面積，為電氣設(shè)備安裝與使用提供了更多的空間[1]。

二、微型計(jì)算機(jī)常用控制模式的設(shè)計(jì)

相比于早前使用的計(jì)算機(jī)設(shè)備，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)不僅在結(jié)構(gòu)功能方面實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化改造，設(shè)備本身占用空間也不斷地減少， 微型計(jì)算機(jī)成為信息設(shè)備應(yīng)用的主流趨勢(shì)。選用微型計(jì)算機(jī)為主控中心，既可以創(chuàng)建自動(dòng)化控制平臺(tái)，也能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)模擬技術(shù)的綜合應(yīng)用，使微型計(jì)算機(jī)功能得到最大發(fā)揮。 計(jì)算機(jī)控制模式的設(shè)計(jì)，主要包括：開(kāi)環(huán)控制、閉環(huán)控制、在線控制等方面，這些都是微型計(jì)算機(jī)控制模式設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。

1、開(kāi)環(huán)控制。 若計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的輸出對(duì)生產(chǎn)過(guò)程能行使控制， 但控制結(jié)果或生產(chǎn)過(guò)程的狀態(tài)沒(méi)有影響計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)、控制器、生產(chǎn)過(guò)程等環(huán)節(jié)沒(méi)有構(gòu)成閉合環(huán)路，則稱之為計(jì)算機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)控制適用于各種工業(yè)自動(dòng)化平臺(tái)， 尤其在生產(chǎn)車間自動(dòng)化調(diào)度中的應(yīng)用比較廣泛， 為生產(chǎn)人員提供了相對(duì)穩(wěn)定的保護(hù)系統(tǒng)。一般情況下，企業(yè)為了實(shí)現(xiàn)內(nèi)部生產(chǎn)的自動(dòng)化調(diào)控，常利用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)完成指令操作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)調(diào)度效率的綜合提升，解決了傳統(tǒng)系統(tǒng)靜態(tài)控制的不足。

2、在線控制。 控制自動(dòng)化是擺脫人工操作難題的有效方式，由計(jì)算機(jī)組成大規(guī)模的自動(dòng)控制平臺(tái)，并配備高存儲(chǔ)量的中央處理器為輔助， 使微機(jī)設(shè)備具備了在線控制性能[2]。 在線控制選定了自主存儲(chǔ)模式，由微機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)參與程序的編寫(xiě)與控制。 只要計(jì)算機(jī)對(duì)受控對(duì)象或受控生產(chǎn)過(guò)程，能夠行使直接控制，不需要人工干預(yù)的都是控制計(jì)算機(jī)在線控制或稱聯(lián)機(jī)控制系統(tǒng)。 這些功能是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)不具備的功能， 實(shí)現(xiàn)了微型計(jì)算機(jī)的多功能模擬與控制操作。

3、離線控制。 控制計(jì)算機(jī)沒(méi)有直接參與控制對(duì)象或受控生產(chǎn)過(guò)程， 它只完成受控對(duì)象或受控過(guò)程的狀態(tài)檢測(cè)， 并對(duì)檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。 微機(jī)自動(dòng)控制中心平臺(tái)里，微型計(jì)算機(jī)主要受控于CPU，動(dòng)態(tài)模擬編寫(xiě)自動(dòng)錄入、存儲(chǔ)等程序。 按照上述程序執(zhí)行后，微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的智能性更強(qiáng)，無(wú)需人工干預(yù)情況下完成指令任務(wù)。而后制定出控制方案，輸出控制指示，操作人員參考控制指示，人工手動(dòng)操作使控制部件對(duì)受控對(duì)象或受控過(guò)程進(jìn)行控制。

三、基于PLC 動(dòng)態(tài)模擬聯(lián)用模式

計(jì)信息時(shí)代背景下，以計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)、通信技術(shù)為核心支撐的信息科技成為技術(shù)領(lǐng)域主流，其在各個(gè)行業(yè)中均得到了普遍應(yīng)用。 如今， 微計(jì)算機(jī)控制發(fā)展取得了巨大的成功，動(dòng)態(tài)模擬技術(shù)也在工業(yè)控制領(lǐng)域中得以推廣。 可編程控制器在電信號(hào)傳輸方面的穩(wěn)定性優(yōu)勢(shì)顯著，利用PLC 軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)控制回路完成信號(hào)傳遞任務(wù)， 可加快動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)的操作速率。 隨著工業(yè)信息化建設(shè)時(shí)期的到來(lái)，工業(yè)系統(tǒng)在企業(yè)生產(chǎn)調(diào)控中的應(yīng)用更加廣泛， 微型計(jì)算機(jī)憑借其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，在工業(yè)動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)中得到推廣。

1、空間模擬。 控制計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)是指受控制的對(duì)象或受控過(guò)程，每當(dāng)請(qǐng)求處理或請(qǐng)求控制時(shí)，控制機(jī)能及時(shí)處理并進(jìn)行控制的系統(tǒng)。 在計(jì)算機(jī)一旦進(jìn)行控制時(shí)，就要求計(jì)算機(jī)對(duì)來(lái)自生產(chǎn)過(guò)程的信息在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)作出反應(yīng)或控制。 動(dòng)態(tài)模擬可根據(jù)對(duì)象操作要求建立二維或三維空間，以數(shù)字坐標(biāo)為模擬平臺(tái)執(zhí)行調(diào)控。

2、時(shí)間模擬。以時(shí)間繼電器為例，早前選用時(shí)間繼電器對(duì)模擬設(shè)備動(dòng)作執(zhí)行的快慢控制不足，從模擬指令發(fā)出至指令接收過(guò)程中，平均延遲時(shí)間2-3s，整體上耽誤了工業(yè)設(shè)備的最佳動(dòng)作時(shí)間[3]。 工業(yè)企業(yè)結(jié)合動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)操作要點(diǎn)， 選定高配置PLC 作為輔助控制元件，實(shí)現(xiàn)了微型計(jì)算機(jī)與PLC 的雙向聯(lián)用機(jī)制。 經(jīng)過(guò)升級(jí)后的動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)，可同時(shí)啟動(dòng)主控計(jì)算機(jī)與PLC 執(zhí)行雙向模擬操作。 選用PLC 作為主控裝置，從時(shí)間控制、點(diǎn)位傳輸、信號(hào)轉(zhuǎn)換等方面統(tǒng)籌調(diào)度。

四、動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)自動(dòng)化操作流程設(shè)計(jì)

當(dāng)前，計(jì)算機(jī)主要用于日常辦公、個(gè)人操作、生產(chǎn)控制等三大領(lǐng)域，各個(gè)行業(yè)根據(jù)使用需求配備專用的運(yùn)算模式， 從而形成了數(shù)字運(yùn)算流程的虛擬化空間。 微型計(jì)算機(jī)逐漸取代傳統(tǒng)式計(jì)算機(jī)設(shè)備，廣泛地應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)經(jīng)營(yíng)之中， 加快了微機(jī)控制平臺(tái)的信息化建設(shè)。 動(dòng)態(tài)模擬技術(shù)是微機(jī)調(diào)度控制的主要表現(xiàn)，其采用多功能應(yīng)用軟件為輔助工具，方便了企業(yè)或個(gè)人用戶的運(yùn)算操作。應(yīng)用軟件是為實(shí)現(xiàn)特定控制目的而編制的專用程序，如數(shù)據(jù)采集程序、控制決策程序、輸出處理程序和報(bào)警處理程序等。 基于微型計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬技術(shù)的應(yīng)用流程：

1、選定對(duì)象。選用動(dòng)態(tài)模擬技術(shù)要有明確的目標(biāo)，以選定的對(duì)象為模擬主體，以充分發(fā)揮出微機(jī)系統(tǒng)的控制性能。 動(dòng)態(tài)模擬方案需合理地編制問(wèn)題， 明確模擬的目的和要求， 盡可能收集和處理系統(tǒng)有關(guān)的數(shù)據(jù)。 對(duì)于選定的原始數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)要經(jīng)過(guò)解壓處理才能正常執(zhí)行。 相比于早期使用的普通控制系統(tǒng)， 微型動(dòng)態(tài)模擬在應(yīng)用功能、成本耗資、傳輸效率、內(nèi)控設(shè)備等要素中均有了很大的轉(zhuǎn)變，未來(lái)常規(guī)控制系統(tǒng)必將被微型控制系統(tǒng)所取代[4]。

2、數(shù)字建模。 創(chuàng)建數(shù)學(xué)模式是為了方便人員的動(dòng)態(tài)操作， 為微機(jī)作業(yè)流程控制提供形象的參考。 動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)創(chuàng)建數(shù)字化模型，可以找出組成系統(tǒng)的各個(gè)部件，并描述它們?cè)诟鲿r(shí)刻的狀態(tài)的有關(guān)變量或參數(shù)； 確定各部件之間相互作用和影響的規(guī)則，即這些描述變量之間的函數(shù)關(guān)系。 選擇參數(shù)和變量的時(shí)候， 還須考慮它們能否辨識(shí)或求解，以及模型最后是否適于根據(jù)真實(shí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)。微型計(jì)算機(jī)建模主張選用三維立體坐標(biāo)系，呈現(xiàn)出模擬對(duì)象的具體狀態(tài)，X、Y、Z 三軸坐標(biāo)也是立體式動(dòng)態(tài)模擬的常用工具。

3、設(shè)置參數(shù)。 微型計(jì)算機(jī)在保持原有運(yùn)算功能的前提下，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)設(shè)備的微型化改造，其同樣具備了優(yōu)越的自動(dòng)化控制技術(shù)。 計(jì)算機(jī)是智能模擬技術(shù)應(yīng)用的設(shè)備保障， 計(jì)算機(jī)性能不僅影響了動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)的運(yùn)行效率， 也決定了設(shè)備空間能否高效地應(yīng)用。 盡快完善智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊是至關(guān)重要的，這需要企業(yè)投入足夠的資金作為物質(zhì)保障，并且以先進(jìn)的人機(jī)工程技術(shù)為支撐，設(shè)計(jì)出更加符合微計(jì)算機(jī)工作要求的調(diào)度方案。

4、動(dòng)態(tài)模擬。進(jìn)行模擬試驗(yàn)，對(duì)給定的輸入在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行程序，按照編寫(xiě)好的程序指令逐一執(zhí)行。 一般情況下，微型計(jì)算機(jī)配備了多項(xiàng)連接端口，用其可輔助動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的模擬操作，使數(shù)據(jù)接口流通的信息資源符合系統(tǒng)要求[5]。

5、數(shù)據(jù)分析。計(jì)算機(jī)是信息時(shí)代的重要產(chǎn)物，其融合了各種高科技成果為支撐， 加快了電子計(jì)算模式的升級(jí)進(jìn)程， 使智能運(yùn)算逐漸取代了手工數(shù)據(jù)處理方式。 微型計(jì)算機(jī)常用于企業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)中，用其作為操控平臺(tái)而方便了用戶的數(shù)據(jù)運(yùn)行。 動(dòng)態(tài)控制器結(jié)束模擬信號(hào)之后，可對(duì)模擬所得的數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析，收集和整理試驗(yàn)結(jié)果并作出解釋。 必要時(shí)可改變輸入量或部分模型結(jié)構(gòu)，重新進(jìn)行試驗(yàn)。

[1]錢根新.微型計(jì)算機(jī)對(duì)比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，2012，16（10）：55-57.

[2]萬(wàn)其嗣.微型計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制平臺(tái)的功能設(shè)計(jì)方法[J].廣東科技，2011，15（3）：43-45.

[3]朱俊.工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中24h 控制系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行的自動(dòng)化操作[J].通信工程研究，2010，18（14）：29-32.

[4]黃少秋.微型計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)操作流程的自動(dòng)化處理[J].中小企業(yè)管理，2012，30（16）：7-10.

[5]陳守華.微機(jī)主控設(shè)備應(yīng)用于商務(wù)辦公網(wǎng)絡(luò)的功能表現(xiàn)形式[J].揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，30（16）：43-45.