淺析工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)

摘 要：西方分析了工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用情況，并從其中的變頻器、嵌入式微控、觸摸屏等技術(shù)方面較為詳細(xì)的介紹其結(jié)構(gòu)、作用和工作原理。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化控制 發(fā)展 應(yīng)用

一、引言

在工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理與決策，從而達(dá)到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全生產(chǎn)等一些目的。對(duì)于工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)而言，它是自動(dòng)化技術(shù)、電子技術(shù)、儀器儀表等技術(shù)的綜合集成。其控制系統(tǒng)主要由變頻器、嵌入式微控制器、觸摸屏等部分構(gòu)成。通過(guò)對(duì)設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程的控制，就能實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，并提升整個(gè)企業(yè)的安全生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效果。

二、變頻器技術(shù)

1、變頻器基本功能

作為變頻器技術(shù)來(lái)說(shuō)，它是一門(mén)綜合性的技術(shù)，是建立在電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)之上而逐漸發(fā)展起來(lái)的。而變頻器也可以看作是一個(gè)頻率可調(diào)節(jié)器的交流電源。它通過(guò)改變變頻器的輸出頻率，就可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的速度控制。只需要改變變頻器內(nèi)部逆變管的開(kāi)關(guān)順序，即可實(shí)現(xiàn)輸出換相，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換。與此同時(shí)，變頻器還具有直流制動(dòng)的功能，不需要增加制動(dòng)控制電路了，就能順利實(shí)現(xiàn)制動(dòng)功能。在需要制動(dòng)時(shí)，只要通過(guò)變頻器給電動(dòng)機(jī)加上一個(gè)直流電壓，利用自己的制動(dòng)回路，將機(jī)械負(fù)載的能量消耗在制動(dòng)電阻上進(jìn)行制動(dòng)即可。變頻器在使用時(shí)，只需要在電網(wǎng)電源和現(xiàn)有的電動(dòng)機(jī)之間接人變頻器和相應(yīng)設(shè)備，不需要對(duì)電動(dòng)機(jī)和系統(tǒng)本身進(jìn)行大的設(shè)備改造，就可以適用各種工作環(huán)境和工藝要求。另外，變頻器的節(jié)能效果也非常顯著。尤其是對(duì)于工業(yè)中大量使用的二次負(fù)載（風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)）來(lái)說(shuō)，當(dāng)用戶(hù)需要的平均流量較小時(shí)，風(fēng)機(jī)、水泵的轉(zhuǎn)速較低，其節(jié)能效果是非常顯著的。

2、變頻器的結(jié)構(gòu)

變頻器的主要任務(wù)是把電壓和頻率恒定的電網(wǎng)電壓，變成電壓和頻率可調(diào)的變頻電源。它的基本結(jié)構(gòu)包括以下四個(gè)部分：

（1）整流電路。主要由三相全波整流橋組成，其作用是對(duì)電網(wǎng)工頻電源進(jìn)行整流，把交流電整流成直流電，并給逆變電路和控制電路提供所要的直流電源。

（2）逆變電路。它是變頻器最主要的部分，也是長(zhǎng)期以來(lái)要解決的核心問(wèn)題。常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式是利用六個(gè)電力電子開(kāi)關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路，它的主要作用是在控制電路的控制下，有規(guī)律地實(shí)現(xiàn)逆變器中主開(kāi)關(guān)器件的通與斷，將整流電路輸出的直流電轉(zhuǎn)換為頻率和電壓都可任意調(diào)節(jié)的交流電。逆變電路的輸出，也就是變頻器的輸出。它主要就是被用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。

（3）直流中間電路。它主要是對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行濾波，以保證逆變電路和控制電源能夠得到質(zhì)量較高的直流電源。當(dāng)直流中間電路是用大容量的電解電容濾波時(shí)，變頻器為電壓型變頻器；當(dāng)直流中間電路是用電感很大的電抗器濾波時(shí)，變頻器為電流型變頻器。另外，直流中間電路中有時(shí)還包括制動(dòng)電阻，甚至一些其他輔助電路。

（4）控制電路。它是變頻器核心部分，高性能的變頻器目前已經(jīng)采用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行全數(shù)字控制，并采用盡可能簡(jiǎn)單的硬件電路，主要靠軟件來(lái)完成各種功能。由于軟件的靈活性，數(shù)字控制方式?？梢酝瓿赡M控制方式難以完成的一些功能。

三、嵌入式微控技術(shù)

（1）基本功能。嵌入式微控制器是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。它以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪，適合應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式微控制器系統(tǒng)通常面向特定應(yīng)用，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)必須考慮特定環(huán)境與系統(tǒng)要求，是一個(gè)發(fā)散的、技術(shù)密集的系統(tǒng)。

（2）結(jié)構(gòu)。嵌入式微控制器系統(tǒng)，它是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)所組成。為了提高系統(tǒng)的執(zhí)行速度和可靠性，它的軟件一般固化在存儲(chǔ)器芯片或微控制器中，而不是存儲(chǔ)在外加的磁盤(pán)載體中。系統(tǒng)是以微控制器為核心，加上外部專(zhuān)用電路和系統(tǒng)軟件，形成的計(jì)算機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)。在一塊芯片上集成了中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（RAM、ROM）、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和各種輸人輸出（I/O）接口等。它還可包含A/D和轉(zhuǎn)換器D/A直接存儲(chǔ)器傳輸（DMA）通道、浮點(diǎn)運(yùn)算等特殊功能部件。

（3）應(yīng)用范圍。嵌入式微控制器在應(yīng)用數(shù)量上已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了各種通用計(jì)算機(jī)。在制造工業(yè)、過(guò)程控制、通信、儀器、儀表、汽車(chē)、船舶、航空、航天、軍事裝備消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品等方面，均是嵌入式微控制器的應(yīng)用領(lǐng)域。在進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，嵌入式微控制器技術(shù)逐漸成熟，并全面展開(kāi)，現(xiàn)已被公認(rèn)為是一種具有良好發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)。

四、觸摸屏技術(shù)

（1）功能。人機(jī)界面通常被大家稱(chēng)為觸摸屏，是用戶(hù)利用手指或其他介質(zhì)直接與屏幕接觸，進(jìn)行信息選擇，向計(jì)算機(jī)輸人信息的一種輸入設(shè)備。包含HMI硬件和相應(yīng)的專(zhuān)用畫(huà)面組態(tài)軟件。在工業(yè)上，觸摸屏是首選的接口設(shè)備，連接的主要設(shè)備種類(lèi)是PLC觸摸屏，因其具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，比鍵盤(pán)鼠標(biāo)、軌跡球更具有優(yōu)越性。觸摸屏易于使用、易于掌握、低故障率，是任何其他輸人設(shè)備所無(wú)法比擬的。當(dāng)觸摸屏在惡劣的環(huán)境下工作時(shí)，都不會(huì)造成觸摸屏的損壞。因此，它在工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)中，能夠發(fā)揮著很好的作用與效果。

（2）工作原理。觸摸屏的工作原理是用手指或其他物體觸摸，所觸摸的位置由觸摸屏控制器檢測(cè)，并通過(guò)接口（如RS-232串行口）送到CPU，從而確定輸人的信息。觸摸屏系統(tǒng)一般包括觸摸屏控制器（卡）和觸摸檢測(cè)裝置兩個(gè)部分。其中，觸控屏控制器（卡）的主要作用是從觸摸點(diǎn)檢測(cè)裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸摸點(diǎn)坐標(biāo)，再送給CPU，它能同時(shí)接收CPU發(fā)來(lái)的命令并加以執(zhí)行。觸摸檢測(cè)裝置一般安裝在顯示器的前端，主要作用是檢測(cè)用戶(hù)的觸摸位置，并傳送給觸摸屏控制卡。觸摸屏按照工作原理和傳輸信息的介質(zhì)可分為四種，它們分別為電阻式、電容感應(yīng)式、紅外線式以及表面聲波式觸摸屏。

（3）發(fā)展方向。隨著數(shù)字電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，HMI的功能將越來(lái)越豐富、價(jià)格也會(huì)降低、屏的壽命也將延長(zhǎng)，HMI產(chǎn)品將贏得更加廣闊的發(fā)展空間。

五、結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)代制造領(lǐng)域中，工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)是21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一。工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)，如今已廣泛應(yīng)用于提高工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量、數(shù)量和生產(chǎn)設(shè)備的效率，并大大改善了勞動(dòng)條件和強(qiáng)度。隨著科學(xué)技術(shù)的快速進(jìn)步與工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)的飛速發(fā)展，它還將極大地提高人們對(duì)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的預(yù)測(cè)及決策能力，從而進(jìn)一步促進(jìn)現(xiàn)代工業(yè)制造業(yè)的迅猛發(fā)展，其工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)也將會(huì)贏得更加廣闊的發(fā)展前景和空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]于慶豐，劉暢. 我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化控制現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析[J]. 內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2016，（Z3）：

7+63.

[2]貢霰.工業(yè)自動(dòng)化控制的探討[J]. 中國(guó)科技信息，2011，（18）：82-83.

[3]劉會(huì).工業(yè)自動(dòng)化控制的現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)[J].硅谷，2010，（02）：136.

[4]董吉成.工業(yè)自動(dòng)化控制的發(fā)展漫談[J]. 電子世界，2014，（01）：19-20.

作者簡(jiǎn)介：

寧曉娜（1984-），女，漢族，河北省唐山市，大專(zhuān)，助理工程師，從事現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化設(shè)備的自動(dòng)化工作；