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

        2017-10-17 23:18:39鄭峰
        山東工業(yè)技術(shù) 2017年20期
        關(guān)鍵詞:自動(dòng)控制系統(tǒng)

        摘 要:計(jì)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(shí)交叉形成的綜合性科學(xué)技術(shù),自動(dòng)化生產(chǎn)線是由自動(dòng)化設(shè)備組合而成的能夠自動(dòng)完成產(chǎn)品制造的生產(chǎn)系統(tǒng)。將計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用于自動(dòng)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(dòng)化生產(chǎn)線的管理水平。因此,研究計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用對(duì)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(jì)算機(jī)控制技術(shù);自動(dòng)化生產(chǎn)線;自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備;自動(dòng)控制系統(tǒng)

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

        1 前言

        隨著計(jì)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(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用于自動(dòng)化生產(chǎn)線,提高了產(chǎn)品制造的自動(dòng)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(dòng)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(jì)算機(jī)控制技術(shù)在制造行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用研究。針對(duì)這樣的生產(chǎn)需求和技術(shù)現(xiàn)狀,本文將主要研究計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用。

        2 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及自動(dòng)化技術(shù)的基本概念

        計(jì)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(gè)專業(yè)門類組合形成的綜合性的交叉學(xué)科。典型的計(jì)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(chǔ)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(duì)被控對(duì)象的控制功能。控制單元和被控對(duì)象之間可以通過電纜等有線方式傳輸信號(hào),也可以通過無線電、紅外線等無線信號(hào)實(shí)現(xiàn)信息交互。軟件是計(jì)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(jì)算機(jī)為核心的自動(dòng)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)連續(xù)不間斷的采集被控對(duì)象的狀態(tài)信號(hào),并以一定的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,最終輸出控制信號(hào)達(dá)到全自動(dòng)的控制目的;半閉環(huán)的計(jì)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(dòng)化的概念是使用機(jī)器來代替人的具體勞動(dòng)自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)作業(yè),目前自動(dòng)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(dòng),還承擔(dān)代替人完成全部或一部分的腦力勞動(dòng),從而達(dá)到全自動(dòng)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(dòng)化技術(shù)涵蓋代替人完成機(jī)械勞動(dòng)、代替人完成全部或部分的腦力勞動(dòng)、自動(dòng)管理并優(yōu)化整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)三個(gè)層次的內(nèi)容。自動(dòng)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(dòng)或半自動(dòng)生產(chǎn)。自動(dòng)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(chǔ)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(dòng)換刀裝置、自動(dòng)冷卻裝置等組成。自動(dòng)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(jì)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(jì)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(jí)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(jí)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),計(jì)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(shí)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(dòng)控制功能。直接數(shù)字控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)直接控制被控對(duì)象,這種系統(tǒng)的特點(diǎn)是不直接處理模擬信號(hào),而是將信號(hào)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(jí)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)?,F(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(jí)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(jì)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(dòng)機(jī)工作的自動(dòng)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(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng),后來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展,在以往自動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上形成了高級(jí)的計(jì)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(jì)算機(jī)的控制性能每兩年就能增加一個(gè)數(shù)量級(jí)。目前的計(jì)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(jì)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在將來一段時(shí)間內(nèi)最有前途的發(fā)展方向之一。

        4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用

        在機(jī)械制造領(lǐng)域,將計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用于自動(dòng)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(dòng)化和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)發(fā)展而來的一種自動(dòng)化程度很高的機(jī)械制造系統(tǒng),與一般的自動(dòng)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(dòng)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(duì)性的自動(dòng)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(gè)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(dòng)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(dòng)運(yùn)輸裝置。

        現(xiàn)場總線是近些年來發(fā)展起來的一種計(jì)算機(jī)控制技術(shù),在自動(dòng)化生產(chǎn)線中承擔(dān)數(shù)據(jù)通信功能,是當(dāng)今自動(dòng)化生產(chǎn)線廣泛采用的一種通信形式。現(xiàn)場總線技術(shù)在自動(dòng)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(gè)設(shè)備作為整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)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(shí)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(shí)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(gè)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(jì)算機(jī)能夠?qū)崟r(shí)預(yù)測和分析自動(dòng)化生產(chǎn)線的故障,并及時(shí)做出具有針對(duì)性的應(yīng)對(duì)決策。endprint

        在計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS方面,計(jì)算機(jī)控制技術(shù)不僅具備一般自動(dòng)化生產(chǎn)線的技術(shù)功能,還具備經(jīng)營功能。計(jì)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(dòng)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(jì)單元、質(zhì)量保證單元和數(shù)據(jù)庫單元。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)是一種高級(jí)的自動(dòng)化生產(chǎn)線,把整個(gè)產(chǎn)品制造流程視為一個(gè)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(gè)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(jì)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(dòng)化,有利于實(shí)現(xiàn)工廠和企業(yè)的全面自動(dòng)化管理,是一種十分有發(fā)展?jié)摿Φ淖詣?dòng)化生產(chǎn)線。

        5 結(jié)論與展望

        綜上所述,將計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用在自動(dòng)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(jì)算機(jī)控制技術(shù)及自動(dòng)化技術(shù)的基本概念,概述了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用類型,并簡要介紹了計(jì)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(jì)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(jì)算機(jī)控制技術(shù)在自動(dòng)化生產(chǎn)線中的具體應(yīng)用,對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在制造業(yè)中的進(jìn)一步普及和自動(dòng)化生產(chǎn)線自動(dòng)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(dòng)化控制中計(jì)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(jì)算機(jī)控制技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)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.

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        [6]牛建軍.ASIROBICON自動(dòng)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(huì)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(dòng)化、機(jī)電一體化方向。endprint

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