現(xiàn)代化工廠自動(dòng)化應(yīng)用分析研究

陶雪龍

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)水平與控制技術(shù)的創(chuàng)新與提高，使得工廠自動(dòng)化程度不斷完善，在很大程度上滿足了生產(chǎn)制造的需求，文中主要介紹了工廠自動(dòng)化的概念與發(fā)展，分析了過(guò)程控制的發(fā)展與應(yīng)用，主要研究了實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：工廠自動(dòng)化;控制;應(yīng)用;分析

中圖分類號(hào)：TM76

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-6487（2019）03-0127-02

0引言

文中通過(guò)對(duì)工廠自動(dòng)化的介紹，分析了工廠自動(dòng)化與過(guò)程控制的發(fā)展過(guò)程，重點(diǎn)研究了工廠自動(dòng)化必不可少的一些技術(shù)，對(duì)于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化具有現(xiàn)實(shí)意義。致力于實(shí)現(xiàn)廠區(qū)的完全自動(dòng)化，涉及產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、材料的加工、企業(yè)管理等各個(gè)方面。

1工廠自動(dòng)化的概念

工廠自動(dòng)化體系構(gòu)成如圖1所示。

信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展在很大程度上改變了人們的生產(chǎn)和生活方式，這些技術(shù)又一次解放了人們的雙手。這種解放不僅是勞動(dòng)工具的改變，更重要的是生產(chǎn)方式與管理模式的改變。工廠自動(dòng)化（Factory?Automation），也稱車間自動(dòng)化，是指自動(dòng)完成全部或部分產(chǎn)品制造加工過(guò)程。致力于實(shí)現(xiàn)廠區(qū)的完全自動(dòng)化，涉及產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、材料的加工、企業(yè)管理等各個(gè)方面。工廠自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣泛，相關(guān)方面的研究近幾年正在加大，逐漸成為熱門(mén)的研究領(lǐng)域。其實(shí)現(xiàn)依賴于計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)與控制工程技術(shù)等，其工作機(jī)制是將各種生產(chǎn)設(shè)備智能的連接起來(lái)，使其按照一定的生產(chǎn)線進(jìn)行流水作業(yè)，最后在總體控制系統(tǒng)的作用下形成一定程度的自動(dòng)化與智能化。其體系如圖1所示。

2工廠自動(dòng)化的發(fā)展

我國(guó)工業(yè)開(kāi)始蓬勃發(fā)展的早期使用分散式測(cè)量?jī)x表和控制裝置，進(jìn)行單獨(dú)的參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)。在一定程度上取代了傳統(tǒng)的手工操作，開(kāi)啟了人們向自動(dòng)化方向發(fā)展的第一頁(yè)。后來(lái)為了減少類似于產(chǎn)品的檢測(cè)等重復(fù)性工作，人們開(kāi)始把檢測(cè)與控制儀表集中在中央控制室，對(duì)車間進(jìn)行統(tǒng)一控制管理，部分工廠初步實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)儀表化和局部自動(dòng)化。近代新型科學(xué)技術(shù)成果不斷投放于生產(chǎn)制造行業(yè)，使得工廠在一定程度上有了自動(dòng)化趨勢(shì)。在儀表研究方面，為了得到高質(zhì)量及監(jiān)測(cè)精度更高的儀表，組裝儀表逐漸進(jìn)入人們的視野，而且其功能不斷的被完善，工作性能更加穩(wěn)定，應(yīng)用范圍更加廣泛。在計(jì)算機(jī)控制方面，計(jì)算的高效性與準(zhǔn)確性成為人關(guān)注的重點(diǎn)，計(jì)算的處理性能要求不斷提高，計(jì)算機(jī)的體積逐漸縮小，網(wǎng)絡(luò)制式不斷的更新。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，工廠自動(dòng)化的局部自動(dòng)化不斷完善，多個(gè)局部自動(dòng)化不斷的整合成總體自動(dòng)化，以便進(jìn)一步提高工作效率，保證質(zhì)量與安全，節(jié)約能源和原材料

3過(guò)程控制的發(fā)展與應(yīng)用

起初階段的過(guò)程控制系統(tǒng)大部分是以單一的輸入與輸出為主，這種單一的控制方式在很大程度上做到控制準(zhǔn)確的效果，能使參數(shù)比較穩(wěn)定，避免了不需要的變動(dòng)干擾，但在利用率上需要多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行工作，成本較高。過(guò)程控制系統(tǒng)采用的方法是經(jīng)典控制理論中的頻率法和軌跡法，主要解決了單一輸入與輸出對(duì)參數(shù)的控制問(wèn)題，使系統(tǒng)能夠比較穩(wěn)定的工作。后來(lái)隨著控制技術(shù)研究的不斷深入與現(xiàn)代制造要求的不斷提高，單一變量由單一系統(tǒng)進(jìn)行控制已經(jīng)難以在低成本中實(shí)現(xiàn)，多變量的單一系統(tǒng)控制和多變量的復(fù)雜系統(tǒng)控制逐漸取代了經(jīng)典控制理論，發(fā)展成為現(xiàn)代控制理論（2]。尤其是計(jì)算機(jī)的微型化、計(jì)算速度的高速化和編輯程序的簡(jiǎn)單化，使得利用空間充足，控制方式多樣，自動(dòng)化技術(shù)呈現(xiàn)出一派欣欣向榮的新景象。

4廠自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備

工廠自動(dòng)化致力于實(shí)現(xiàn)提高企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)能力、實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化、提高企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力。工廠：實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備主要有以下十個(gè)部分組成：

4.1控制器

工廠自動(dòng)化的核心模塊便是控制技術(shù)?？刂破髦赴凑疹A(yù)定順序改變主電路或控制電路的接線和改變電路中電阻值來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)和反向運(yùn)行的主令裝置。目前典型的控制器是可編程邏輯控制器（PLC）和工控機(jī)，前者儲(chǔ)存器具有可編程的特點(diǎn)，可以簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)順序控制，編程簡(jiǎn)單、操作方便。工控機(jī)（IPC）主要是對(duì)總線生產(chǎn)過(guò)程中的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)與控制[3]。工控機(jī)具有重要的計(jì)算機(jī)屬性和特征，如具有計(jì)算機(jī)CPU、硬內(nèi)存、外設(shè)及接口，并具有操作系統(tǒng)、控制網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議、計(jì)算能力。工控機(jī)一般是為其他行業(yè)提供嵌入式、智能化的行業(yè)計(jì)算機(jī)，屬于中間產(chǎn)品。

4.2機(jī)器人

它是工廠自動(dòng)化的執(zhí)行者，一般是由電源模塊、驅(qū)動(dòng)裝置、檢測(cè)裝置、控制裝置等結(jié)構(gòu)組成。它接收指揮者的指令，完成一定的工作，在一定程度上代替了人力操作。主要用于人類難以完成的任務(wù)或者存在危險(xiǎn)的工作，以及簡(jiǎn)單的重復(fù)性工作。

4.3伺服電機(jī)

伺服電機(jī)指利用控制系統(tǒng)使機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，為所有需要機(jī)械運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)提供驅(qū)動(dòng)力，分為直流和交流兩大類。作為執(zhí)行元件，其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速度受到自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、低速力矩大、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)，可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。

4.4傳感器

是自動(dòng)化工廠感知信息的重要部分，可以將物理位置、壓力、光、電、溫度、濕度、氣壓等等信息轉(zhuǎn)化成電信號(hào)或其他形式的信號(hào)傳輸給處理器，來(lái)完成信息的傳遞與整理。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，需要用到各式各樣的傳感器來(lái)監(jiān)視控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)變化，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。

4.5變頻器

它是利用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過(guò)改變電機(jī)工作電源頻率的方式來(lái)控制交流電機(jī)的電力控制設(shè)備。在工廠“自動(dòng)化中主要將電源輸出的總電量進(jìn)行合理的配比與供給。

4.6電磁閥

在工廠自動(dòng)化中主要用來(lái)控制流體的運(yùn)動(dòng)，可在液壓與氣動(dòng)環(huán)境中使用，調(diào)整介質(zhì)的方向、流速、和其他參數(shù)。

4.7工業(yè)相機(jī)

是工廠自動(dòng)化的眼睛，屬于機(jī)器視覺(jué)中的關(guān)鍵組件，其工作原理是將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成有序的電信號(hào)，選擇合適的相機(jī)也是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)備的重要環(huán)節(jié)。工業(yè)相機(jī)一般安裝在機(jī)器流水線上代替人眼來(lái)做測(cè)量和判斷，通過(guò)數(shù)字圖像攝取目標(biāo)并轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，處理系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而通過(guò)用判別的結(jié)果和預(yù)設(shè)結(jié)果做出對(duì)比來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備動(dòng)作。

4.8儀器儀表

工廠自動(dòng)化中需要應(yīng)用各種儀器儀表，比如測(cè)量壓力液位、流量、溫度等一些控制過(guò)程所需要的參數(shù)值，所需要相關(guān)的儀器儀表。

4.9自動(dòng)化軟件

自動(dòng)化軟件在工業(yè)系統(tǒng)中起著重要作用，主要是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行調(diào)度，由于工業(yè)控制系統(tǒng)的管控一體化趨勢(shì)，使得工業(yè)控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)IT管理系統(tǒng)以及互聯(lián)網(wǎng)相連通，內(nèi)部也越來(lái)越多地采用了通用軟件、通用硬件和通用協(xié)議。

4.10控制柜

控制柜是按電氣接線要求將開(kāi)關(guān)設(shè)備、測(cè)量?jī)x表、保護(hù)電器和輔助設(shè)備等組裝在封閉或半封閉金屬柜中或屏幅上，其布置應(yīng)滿足電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的要求，便于檢修，不危及人身及周圍設(shè)備的安全4]。在工廠自動(dòng)化中應(yīng)用廣泛，主要用于高層建筑無(wú)塔供水或者電力系統(tǒng)，消防深井泵，恒壓供水等根據(jù)實(shí)時(shí)用水工況需要閉環(huán)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合。

5結(jié)束語(yǔ)

隨著科技的發(fā)展和生產(chǎn)需求的提高，生產(chǎn)中的機(jī)械設(shè)備逐漸趨向于自動(dòng)化和智能化，工廠自動(dòng)化也在逐漸的發(fā)展，并取得了一定的成績(jī)。文中通過(guò)對(duì)工廠自動(dòng)化的介紹，分析了工廠自動(dòng)化與過(guò)程控制的發(fā)展過(guò)程，重點(diǎn)研究了工廠自動(dòng)化必不可少的一些技術(shù)，對(duì)于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化具有現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

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