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

文中通過對(duì)工廠自動(dòng)化的介紹，分析了工廠自動(dòng)化與過程控制的發(fā)展過程，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，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，開啟了人們向自動(dòng)化方向發(fā)展的第一頁。后來為了減少類似于產(chǎn)品的檢測(cè)等重復(fù)性工作，人們開始把檢測(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過程控制的發(fā)展與應(yīng)用

起初階段的過程控制系統(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)的控制問題，使系統(tǒng)能夠比較穩(wěn)定的工作。后來隨著控制技術(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)。控制器指按照預(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)過程中，需要用到各式各樣的傳感器來監(jiān)視控制生產(chǎn)過程中的各個(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)，通過改變電機(jī)工作電源頻率的方式來控制交流電機(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做測(cè)量和判斷，通過數(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)算來抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而通過用判別的結(jié)果和預(yù)設(shè)結(jié)果做出對(duì)比來控制現(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

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)。文中通過對(duì)工廠自動(dòng)化的介紹，分析了工廠自動(dòng)化與過程控制的發(fā)展過程，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。

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