工業(yè)自動(dòng)化控制中計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用路徑研究

吳高杰

摘 要：伴隨著時(shí)代的進(jìn)步和科技的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)逐漸擺脫了以人力、機(jī)器為主力的生產(chǎn)方式，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和智能化產(chǎn)，減少了人力的工作量，也減少了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效益。計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)保障，它在有效提高業(yè)生產(chǎn)效率的同時(shí)，也為工業(yè)的自動(dòng)化和智能化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。該文在簡(jiǎn)單概述自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，分析了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理以及運(yùn)用的特點(diǎn)，并重點(diǎn)論述了工業(yè)自動(dòng)化控制中計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：工業(yè)自動(dòng)化控制 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 應(yīng)用路徑 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）10（a）-0132-02

在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，工業(yè)企業(yè)面臨著巨大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，因此，對(duì)于工業(yè)制造企業(yè)而言，如何在確保產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上，最大限度提高企業(yè)生產(chǎn)效率，已經(jīng)逐漸成為了工業(yè)制造企業(yè)所普遍面臨的難題。工業(yè)自化已經(jīng)成為了行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，而計(jì)算機(jī)控制技術(shù)則在其中發(fā)揮著重要的作用，NC、PLC等先進(jìn)技術(shù)的使用成為了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在工業(yè)自動(dòng)化控制中應(yīng)用的鍵，其自身的發(fā)展也逐漸向著精密化、靈活化、開放化的方向發(fā)展。

1 工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)概述

石油、石化、建材、冶金等都屬于工業(yè)生產(chǎn)，它所涵蓋的范圍廣泛，可以是指一臺(tái)生產(chǎn)的設(shè)備或是一條生產(chǎn)線，也可以指一間廠或是一家企業(yè)。在工業(yè)制造行業(yè)中，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)指的是一項(xiàng)綜合性技術(shù)，它強(qiáng)調(diào)的是在綜合利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子設(shè)備、控制理論以及相關(guān)的儀器儀表的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)制造全過程的動(dòng)態(tài)化、智能化監(jiān)測(cè)和控制。在這個(gè)過程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)工藝的優(yōu)化、生產(chǎn)資料的合理配置，并為決策者的決策行動(dòng)提供參考，其最終目的是提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)消耗和成本，減少對(duì)環(huán)境的污染。

總體而言，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)包含了三個(gè)部分，分別是硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和系統(tǒng)技術(shù)。硬件系統(tǒng)中包含了各項(xiàng)控制設(shè)備和儀器，以及執(zhí)行命令的執(zhí)行器等。系統(tǒng)技術(shù)則包含了各項(xiàng)集成技術(shù)，具體包括硬件集成技術(shù)、軟件集成技術(shù)、軟件和硬件集成技術(shù)等。而各類軟件則屬于軟件系統(tǒng)，在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，包括了管理軟件、控制軟件和測(cè)量軟件等。這三個(gè)部分的內(nèi)司其職，又相互配合，共同實(shí)現(xiàn)了工業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)和控制。將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)制造行業(yè)，對(duì)提高企業(yè)員工素質(zhì)、提高企業(yè)生產(chǎn)制造能力具有重要意義，同時(shí)，這也是優(yōu)化工業(yè)行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，避免“三高”的重要舉措。

2 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)概述

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)質(zhì)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的一項(xiàng)技術(shù)，其主要的目標(biāo)是采集和控制生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)參數(shù)，并以計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)為依托，利用相應(yīng)的控制軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制。換而言之，工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)需要以計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)。如圖1為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由軟件控制算法、硬件系統(tǒng)和上位機(jī)操控軟件三個(gè)部分構(gòu)成。在這個(gè)系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)擁有高速的計(jì)算能力和數(shù)據(jù)處理能力，因此被運(yùn)用于各項(xiàng)命令的執(zhí)行，通過對(duì)被控對(duì)象的控制，達(dá)到工業(yè)自動(dòng)化控制的目的。事實(shí)上，從很大程度上來(lái)說(shuō)，對(duì)計(jì)算機(jī)的控制也需要借助一些輔助部件。上位機(jī)操控軟件的主要作用是現(xiàn)人機(jī)的交互，其最大的作用在于實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)的輸入和輸出，同時(shí)承擔(dān)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建的任務(wù)，以便于實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程的控制，在發(fā)現(xiàn)異常狀況時(shí)能夠發(fā)出警報(bào)。在輔助工業(yè)控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)需要進(jìn)行經(jīng)常性的信息交互，通常情況下，信息交互能夠采用有線通訊和無(wú)線通訊兩種方式。總而言之，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的要目的一方面在于實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)過程的控制；另一方面是實(shí)現(xiàn)被操控對(duì)象的優(yōu)化。

3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理

硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)兩個(gè)重要組成部分，要想實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制功能，需要采取專門的數(shù)字、模擬轉(zhuǎn)換設(shè)備。

在實(shí)際工業(yè)自動(dòng)化控制過程中，通常會(huì)采用實(shí)時(shí)控制方式，大多數(shù)控制過程計(jì)算機(jī)運(yùn)行的可靠性要求較高，但是對(duì)其運(yùn)算速度并無(wú)硬性要求，只強(qiáng)調(diào)其必須能夠響應(yīng)及時(shí)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化控制的工作原理主要分為三個(gè)步驟：第一，數(shù)據(jù)采集。通過對(duì)被控制目標(biāo)的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的收集，隨后將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至工業(yè)自動(dòng)化控制計(jì)算機(jī)中。第二，實(shí)時(shí)決策。通過計(jì)算機(jī)中的特定軟件，對(duì)所采集到的數(shù)據(jù)的狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算和分析，根據(jù)預(yù)定的控制規(guī)則，執(zhí)行下一步控制計(jì)劃。第三，完成控制任務(wù)。計(jì)算機(jī)所做出的決策會(huì)發(fā)送給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)以控制信號(hào)為依據(jù)，對(duì)相關(guān)任務(wù)進(jìn)行分配，并執(zhí)行相關(guān)的控制動(dòng)作，完成自動(dòng)化控制的任務(wù)。在實(shí)際控制工作中，三個(gè)控制過程不斷重復(fù)循環(huán)，確保系統(tǒng)能夠按照相應(yīng)的要求進(jìn)行工作，且能夠處理一些設(shè)備自身和控制對(duì)象的異常情況。

4 工業(yè)自動(dòng)化控制中計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的運(yùn)用

工業(yè)生產(chǎn)過程中，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用路徑可從數(shù)字控制、可編程邏輯控制器、分布式控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)傳感器等五個(gè)方面進(jìn)行分析。

4.1 數(shù)字控制

數(shù)字控制（NC）是自動(dòng)化方法的一種，指的是借助符號(hào)和數(shù)字等對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行編程控制，因此，也簡(jiǎn)稱為“數(shù)控”。要實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，需借助專門的計(jì)算機(jī)設(shè)備，將操作命令以數(shù)字的狀態(tài)發(fā)送給設(shè)備，使得設(shè)備能夠依據(jù)原先設(shè)計(jì)好的程序運(yùn)行。在數(shù)字控制系統(tǒng)中軟件技術(shù)是核心和關(guān)鍵所在，對(duì)設(shè)備的自動(dòng)化控制具有重要影響，良好的數(shù)字控制技術(shù)是提高設(shè)備自動(dòng)化運(yùn)行能力的重點(diǎn)。在診斷設(shè)備故障和設(shè)備維修的過程中，數(shù)字控制能夠診斷出AI故障，運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷和遠(yuǎn)程監(jiān)控。另外，通過已建立的數(shù)據(jù)庫(kù)功能，還可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢修和維護(hù)，修復(fù)相關(guān)故障，并在漏洞擴(kuò)大之前實(shí)現(xiàn)零件的更換，最大限度提高數(shù)控系統(tǒng)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。

4.2 可編程邏輯控制器

可編程邏輯控制器（PLC）從本質(zhì)上而言是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，其主要是為工業(yè)生產(chǎn)而專門研發(fā)的。數(shù)字運(yùn)算操作是其基礎(chǔ)性工作，而編程存儲(chǔ)器則是其核心，模型和數(shù)字是其輸入或輸出的主要方式，通過這種數(shù)字或模型的輸入和輸出實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程和機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化控制。可編程邏輯控制器在被運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)制造后，其工作內(nèi)容也被分為個(gè)部分，主要是數(shù)據(jù)采集和輸入、命令程序的執(zhí)行、結(jié)果的輸出和刷新，這三部分的工作內(nèi)容共同形成了一個(gè)掃描周期?？删幊踢壿嬁刂破鞴I(yè)自動(dòng)化控制中的使用較為廣泛，歸根結(jié)底是因?yàn)槠渥陨碓谛阅芊矫鎿碛兄T多優(yōu)勢(shì)。首先，它具有使用便捷、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。其次，它的功能較為強(qiáng)大，設(shè)施設(shè)備齊全，表現(xiàn)出良好的性價(jià)比。再次，它的運(yùn)行可靠性高，能夠適應(yīng)各種不同的生產(chǎn)制造環(huán)境，且抗干擾能力強(qiáng)。最后，它具有維護(hù)和檢修方便的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)相關(guān)程序的在線修改。

4.3 分布式控制系統(tǒng)

工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中分布式控制系統(tǒng)從本質(zhì)和功能上來(lái)講，就是一個(gè)中型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。這個(gè)分布式的控制系統(tǒng)，能夠通過計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程中相關(guān)數(shù)據(jù)的收集、處理和分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的控制。這種多級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)用是以計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度的提高和微型計(jì)算機(jī)的使用為基礎(chǔ)的，它的出現(xiàn)使得自動(dòng)化技術(shù)中計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的使用更加科學(xué)可靠，其出現(xiàn)和發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展有著密不可分的聯(lián)系。集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要工作則是實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)工程中相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，并將分析所得信息反饋給計(jì)算機(jī)，在這個(gè)分析和反饋的過程中，中央計(jì)算機(jī)只負(fù)責(zé)系統(tǒng)的集中管理和分散控制工作，使得工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)工作的可靠性大大增強(qiáng)。場(chǎng)控器是分布式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，通常情況下場(chǎng)控器中包含了I/0部件，通過該部件分布式控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集和控制、執(zhí)行，再經(jīng)由人機(jī)接口，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行命令的發(fā)布，再通過網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的傳遞。在現(xiàn)場(chǎng)控制器中，又包含了控制回路等，回路控制中的相關(guān)算法預(yù)先存儲(chǔ)于運(yùn)行內(nèi)存中，在實(shí)際操作中，能夠依據(jù)自動(dòng)控制需求，進(jìn)行組態(tài)。

4.4 計(jì)算機(jī)傳感器

在工業(yè)自動(dòng)化控制中計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的運(yùn)用和實(shí)現(xiàn)需要依賴于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、軟件技術(shù)和傳感設(shè)備的支持，在這其中傳感設(shè)備發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，它是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化控制中自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的重要條件。傳感設(shè)備具有數(shù)字化、智能化、系統(tǒng)化和精密化的特點(diǎn)，其相關(guān)性能從某種程度上來(lái)說(shuō)決定著工業(yè)企業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的產(chǎn)品的品質(zhì)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過傳感器的使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的收集和整理，進(jìn)而獲取設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備各項(xiàng)參數(shù)的動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)和控制，確保自動(dòng)化控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)安全，最終達(dá)到提高工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的目的?，F(xiàn)階段，計(jì)算機(jī)傳感器的使用正處于發(fā)展階段，在未來(lái)的發(fā)展過程中，其運(yùn)行的可靠性和精確性都將得到有效的提高，最終向著更高級(jí)的智能化和更低的能源消耗方向發(fā)展，其綜合性能將得到大大提升。

4.5 自動(dòng)化生產(chǎn)中的現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)總線指的是數(shù)字化通信的檢測(cè)和控制系統(tǒng)，其被廣泛運(yùn)用于工業(yè)自動(dòng)化制造行業(yè)中?，F(xiàn)場(chǎng)總線擁有專門的處理器，將這個(gè)處理器與測(cè)量控制器連接后，可實(shí)現(xiàn)計(jì)算和通信的能力。它使用雙絞線作為通信的媒介，能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與測(cè)量控制器的多個(gè)對(duì)等連接，自動(dòng)化生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)總線能夠?qū)⒎稚⒌臏y(cè)量控制器變成網(wǎng)絡(luò)探測(cè)的節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)式的自動(dòng)控制?，F(xiàn)場(chǎng)總線的使用為自動(dòng)控制設(shè)備和系統(tǒng)之間的信息交互和數(shù)據(jù)分析提供了保障，再通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的作用，能夠第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的異常狀況，并實(shí)現(xiàn)異常狀況的及時(shí)排除，使得工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)過程中信息溝通更加便捷?，F(xiàn)場(chǎng)總線在信息交互、數(shù)據(jù)更新和信息顯示等方面都表現(xiàn)出了強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，因此，在自動(dòng)化技術(shù)未來(lái)的發(fā)展中，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的使用是其必然的發(fā)展趨勢(shì)。

5 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域使用廣泛，其運(yùn)用涉及到網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、傳感技術(shù)、控制軟件、自動(dòng)控制技術(shù)等。近些年來(lái)，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化控制中計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用水平越來(lái)越高，其科技含量也越來(lái)越高，有效加快了企業(yè)的現(xiàn)代化進(jìn)程，其應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）開放性特點(diǎn)。相對(duì)而言計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)具有公開性和開放性的特點(diǎn)，其開放性特點(diǎn)主要表現(xiàn)在能夠?qū)崿F(xiàn)所有設(shè)備和系統(tǒng)的連接，確保各項(xiàng)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在實(shí)際操作中，工業(yè)企業(yè)可根據(jù)自身的實(shí)際需求，選擇接入的系統(tǒng)和設(shè)備，表現(xiàn)出極大的靈活性和便捷性。

（2）交互性和可操作性特點(diǎn)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的各項(xiàng)設(shè)備能夠相互連接，共同構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)傳遞的系統(tǒng)，因此，在這個(gè)系統(tǒng)中各項(xiàng)設(shè)備是可以相互替換和代替的。

（3）智能化特點(diǎn)。計(jì)算機(jī)控制下的自動(dòng)化系統(tǒng)的總線具有智能化的特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)總線通過傳感設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備的分析和監(jiān)控，并在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的自動(dòng)化控制，確保其能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)處理系統(tǒng)故障。

（4）精確性高。相對(duì)于一般調(diào)節(jié)器而言，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有超強(qiáng)的數(shù)值運(yùn)算能力，能夠最大限度縮小和控制偏差，確保其控制精度不會(huì)受到元件老化、噪音等因素的影響。

6 結(jié)語(yǔ)

總之，工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的過程，尤其是在這其中還摻雜了許多大型設(shè)備和先進(jìn)技術(shù)的使用，大大增加了自動(dòng)控制的難度。計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化控制中的使用，為其提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，為其進(jìn)步和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，也為企業(yè)進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率提供了可能。在未來(lái)的發(fā)展過程中，必須加強(qiáng)對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的研究，除了不斷完善現(xiàn)有的技術(shù)之外，還應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)新技術(shù)的研發(fā)，使計(jì)算機(jī)控制技術(shù)能夠更好地服務(wù)于工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)，促使我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)健康、穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展。

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