淺析計算機(jī)控制技術(shù)在自動化生產(chǎn)線的應(yīng)用

摘 要：計算機(jī)控制技術(shù)是一門由微機(jī)原理、控制理論、通信原理、軟硬件開發(fā)技術(shù)等多學(xué)科專業(yè)知識交叉形成的綜合性科學(xué)技術(shù)，自動化生產(chǎn)線是由自動化設(shè)備組合而成的能夠自動完成產(chǎn)品制造的生產(chǎn)系統(tǒng)。將計算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用于自動化生產(chǎn)線中不僅能夠提高產(chǎn)品制造的質(zhì)量和效率，而且能夠提高自動化生產(chǎn)線的管理水平。因此，研究計算機(jī)控制技術(shù)在自動化生產(chǎn)線中的應(yīng)用對于提高產(chǎn)品的制造管理水平有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：計算機(jī)控制技術(shù)；自動化生產(chǎn)線；自動化生產(chǎn)設(shè)備；自動控制系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.108

1 前言

隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和我國工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，制造裝備的智能化水平不斷提高，傳統(tǒng)的制造行業(yè)正面臨著新的發(fā)展機(jī)遇。將計算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用于自動化生產(chǎn)線，提高了產(chǎn)品制造的自動化水平，不僅有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量和制造效率，而且也有利于提高自動化生產(chǎn)線的管理水平。目前，為提高制造業(yè)的競爭力，世界各發(fā)達(dá)國家都越來越重視計算機(jī)控制技術(shù)在制造行業(yè)自動化生產(chǎn)線中的應(yīng)用研究。針對這樣的生產(chǎn)需求和技術(shù)現(xiàn)狀，本文將主要研究計算機(jī)控制技術(shù)在自動化生產(chǎn)線中的應(yīng)用。

2 計算機(jī)控制技術(shù)及自動化技術(shù)的基本概念

計算機(jī)控制技術(shù)是一門由微機(jī)理論、經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論、硬件開發(fā)技術(shù)、軟件開發(fā)技術(shù)、通信原理、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、系統(tǒng)工程等多個專業(yè)門類組合形成的綜合性的交叉學(xué)科。典型的計算機(jī)控制系統(tǒng)一般以ISA/PCI總線工控機(jī)或IBM-PC微機(jī)作為控制核心，以各種輸入輸出裝置、外部存儲裝置為外圍電路，借助各種檢測傳感器和伺服電機(jī)等執(zhí)行裝置，最終實(shí)現(xiàn)對被控對象的控制功能?？刂茊卧捅豢貙ο笾g可以通過電纜等有線方式傳輸信號，也可以通過無線電、紅外線等無線信號實(shí)現(xiàn)信息交互。軟件是計算機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分，由底層系統(tǒng)軟件和上層用于完成各種具體功能的應(yīng)用軟件組成。根據(jù)控制方式的不同，以計算機(jī)為核心的自動控制系統(tǒng)分為閉環(huán)控制系統(tǒng)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)的計算機(jī)控制系統(tǒng)連續(xù)不間斷的采集被控對象的狀態(tài)信號，并以一定的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終輸出控制信號達(dá)到全自動的控制目的；半閉環(huán)的計算機(jī)控制系統(tǒng)在完成所采集數(shù)據(jù)的初步分析之后向操作者提供控制信息，由操作者作出最終決策。

最初自動化的概念是使用機(jī)器來代替人的具體勞動自動地實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)，目前自動化概念已更加廣義化，不單單是使用機(jī)器機(jī)械的代替人簡單的體力勞動，還承擔(dān)代替人完成全部或一部分的腦力勞動，從而達(dá)到全自動的完成指定的生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)。從制造的角度而言，自動化技術(shù)涵蓋代替人完成機(jī)械勞動、代替人完成全部或部分的腦力勞動、自動管理并優(yōu)化整個機(jī)械制造系統(tǒng)三個層次的內(nèi)容。自動化生產(chǎn)線是制造領(lǐng)域的概念，由傳送系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩大部分組成，控制一系列機(jī)床或其他生產(chǎn)設(shè)備按照制定的工藝步驟完成產(chǎn)品的全自動或半自動生產(chǎn)。自動化生產(chǎn)線的傳送系統(tǒng)分為上下料設(shè)備、傳送設(shè)備、儲料設(shè)備，根據(jù)具體的生產(chǎn)任務(wù)選用具體的設(shè)備類型，以機(jī)加工生產(chǎn)線為例，一般由工件自檢裝置、自動換刀裝置、自動冷卻裝置等組成。自動化生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)不僅負(fù)責(zé)控制組成生產(chǎn)線的各部分協(xié)調(diào)工作，而且負(fù)責(zé)生產(chǎn)線故障的監(jiān)測和排除。

3 計算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用類型和發(fā)展趨勢

根據(jù)控制需求的不同，計算機(jī)控制系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、監(jiān)督控制系統(tǒng)、分級控制系統(tǒng)DCS、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)五種類型。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是最初級的計算機(jī)控制系統(tǒng)，計算機(jī)在該系統(tǒng)中主要承擔(dān)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理任務(wù)，包括各種生產(chǎn)變量的實(shí)時檢測、處理、記錄和分析，并向操作者反饋處理結(jié)果，不承擔(dān)生產(chǎn)線的自動控制功能。直接數(shù)字控制系統(tǒng)中的計算機(jī)直接控制被控對象，這種系統(tǒng)的特點(diǎn)是不直接處理模擬信號，而是將信號完成AD/DA轉(zhuǎn)換后實(shí)現(xiàn)控制功能。監(jiān)督控制系統(tǒng)在直接數(shù)字控制系統(tǒng)上集成了管理功能，是一種較高級的計算機(jī)控制系統(tǒng)。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是一種分布式的控制系統(tǒng)，克服了以往分級控制系統(tǒng)DCS由于通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一而不能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連的問題。

計算機(jī)控制技術(shù)首先起源于上世紀(jì)四十年代美國福特公司未描述發(fā)動機(jī)工作的自動化需求，隨著上世紀(jì)五六十年代經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，依次出現(xiàn)了以單變量和多變量為控制對象的自動控制系統(tǒng)，后來隨著計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，在以往自動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上形成了高級的計算機(jī)控制系統(tǒng)，能夠完成生產(chǎn)過程的最優(yōu)控制功能?，F(xiàn)階段，微機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)仍然保持著高速發(fā)展態(tài)勢，計算機(jī)的控制性能每兩年就能增加一個數(shù)量級。目前的計算機(jī)控制技術(shù)正在向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和高度集成化方向發(fā)展，低成本的工控機(jī)將成為工業(yè)領(lǐng)域計算機(jī)控制系統(tǒng)的核心，DCS系統(tǒng)將向小型化、多樣化的方向發(fā)展，現(xiàn)場總線仍將是計算機(jī)控制系統(tǒng)在將來一段時間內(nèi)最有前途的發(fā)展方向之一。

4 計算機(jī)控制技術(shù)在自動化生產(chǎn)線中的應(yīng)用

在機(jī)械制造領(lǐng)域，將計算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用于自動化生產(chǎn)線中形成柔性制造系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)是基于機(jī)械自動化和計算機(jī)控制技術(shù)發(fā)展而來的一種自動化程度很高的機(jī)械制造系統(tǒng)，與一般的自動化生產(chǎn)線類似，也由上層控制單元、物料搬運(yùn)單元、與生產(chǎn)相關(guān)的數(shù)控加工裝置構(gòu)成，是機(jī)械自動化技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域的一種應(yīng)用。柔性制造系統(tǒng)的突出的優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)外部生產(chǎn)環(huán)境的變化實(shí)現(xiàn)有針對性的自動調(diào)整，此外，也能根據(jù)客戶的獨(dú)特需求靈活調(diào)整生產(chǎn)線各部分的組成，以達(dá)到為客戶提供個性化產(chǎn)品制造服務(wù)的目的。柔性制造系統(tǒng)特別適合用于機(jī)械產(chǎn)品的多品種、小批量生產(chǎn)。柔性自動生產(chǎn)線是柔性制造系統(tǒng)的一種具體形式，不僅包括普通的數(shù)控機(jī)床和CNC加工中心，還包括專用機(jī)床和自動運(yùn)輸裝置。

現(xiàn)場總線是近些年來發(fā)展起來的一種計算機(jī)控制技術(shù)，在自動化生產(chǎn)線中承擔(dān)數(shù)據(jù)通信功能，是當(dāng)今自動化生產(chǎn)線廣泛采用的一種通信形式?，F(xiàn)場總線技術(shù)在自動化生產(chǎn)線的各測量儀器儀表中植入微型處理器，利用雙絞線或無線電將所有設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，每個設(shè)備作為整個通信網(wǎng)絡(luò)的一個節(jié)點(diǎn)，所有生產(chǎn)設(shè)備遵循統(tǒng)一的通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時采集和處理。現(xiàn)場總線在各設(shè)備之間的通信和信息實(shí)時顯示方面具有較大的優(yōu)勢，便于實(shí)現(xiàn)分散控制，具有靈活性和開放性，能將新加入到生產(chǎn)線中的設(shè)備通過預(yù)留的通信接口集成到整個通信網(wǎng)絡(luò)之中?，F(xiàn)場總線也有很強(qiáng)的互用性，來自不同制造商的性能相似的生產(chǎn)設(shè)備能夠互相替換。此外，現(xiàn)場總線還具備很強(qiáng)的功能自治性，在現(xiàn)場總線的作用下，計算機(jī)能夠?qū)崟r預(yù)測和分析自動化生產(chǎn)線的故障，并及時做出具有針對性的應(yīng)對決策。endprint

在計算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS方面，計算機(jī)控制技術(shù)不僅具備一般自動化生產(chǎn)線的技術(shù)功能，還具備經(jīng)營功能。計算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS將信息管理技術(shù)融入到柔性制造系統(tǒng)之中，不僅包括傳統(tǒng)的自動制造單元、數(shù)據(jù)通訊單元，還集成了信息管理單元、工程設(shè)計單元、質(zhì)量保證單元和數(shù)據(jù)庫單元。計算機(jī)集成制造系統(tǒng)是一種高級的自動化生產(chǎn)線，把整個產(chǎn)品制造流程視為一個統(tǒng)一的整體，把產(chǎn)品制造所涉及的生產(chǎn)者、制造技術(shù)、經(jīng)營理念三個要素和信息流和物質(zhì)流相統(tǒng)一，最終實(shí)現(xiàn)提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低制造投入、提高制造效率的目的。計算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程控制和生產(chǎn)管理的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)制造的精密化、設(shè)備管理的信息化和生產(chǎn)制造的自動化，有利于實(shí)現(xiàn)工廠和企業(yè)的全面自動化管理，是一種十分有發(fā)展?jié)摿Φ淖詣踊a(chǎn)線。

5 結(jié)論與展望

綜上所述，將計算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用在自動化生產(chǎn)線中有助于提高我國制造業(yè)的生產(chǎn)管理水平。本文在介紹計算機(jī)控制技術(shù)及自動化技術(shù)的基本概念，概述了計算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用類型，并簡要介紹了計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展趨勢，最后以柔性制造系統(tǒng)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)和現(xiàn)場總線為例重點(diǎn)介紹了計算機(jī)控制技術(shù)在自動化生產(chǎn)線中的具體應(yīng)用，對計算機(jī)控制技術(shù)在制造業(yè)中的進(jìn)一步普及和自動化生產(chǎn)線自動化水平的提高可以起到一定的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]方瑞，王旭松工業(yè)自動化控制中計算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用路徑研究[J].機(jī)電工程技術(shù)，2017（07）：75-76.

[2]黃麗娜.計算機(jī)控制技術(shù)在工業(yè)自動化生產(chǎn)中的應(yīng)用研究[J]. 電子技術(shù)與軟件工程，2016（11）：181.

[3]熊才高.計算機(jī)控制技術(shù)在自動化生產(chǎn)線上的應(yīng)用探討[J].信息與電腦（理論版），2016（10）：58-59.

[4]劉櫻，戚曉強(qiáng).研究計算機(jī)控制系統(tǒng)在自動化生產(chǎn)線上的應(yīng)用[J]. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2016，（05）：4-5.

[5]馬勇.計算機(jī)控制系統(tǒng)在自動化生產(chǎn)線上的應(yīng)用[J].自動化與儀器儀表，2014（03）：72-73+78.

[6]牛建軍.ASIROBICON自動化網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)在宣鋼棒材生產(chǎn)線的應(yīng)用[A].唐山鋼鐵集團(tuán)有限公司.2007年河北省軋鋼技術(shù)與學(xué)術(shù)年會論文集（下冊）[C].唐山鋼鐵集團(tuán)有限公司，2007：3.

作者簡介：鄭峰（1968-），男，重慶忠縣人，本科，副教授，主要研究方向：電氣工程、自動化、機(jī)電一體化方向。endprint