李新宇

（青島理工大學(xué)信息與控制工程學(xué)院， 山東 青島 266520）

1 工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的基本概述

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中起著重要作用，有效提高了公司產(chǎn)品的生產(chǎn)水平，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力更加明顯，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化[1]。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，分布式控制系統(tǒng)（DCS）是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的媒介，使計(jì)算機(jī)技術(shù)可以有效地收集、分析和處理數(shù)據(jù)，并將工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)作為一個(gè)整體進(jìn)行管理。分布式控制系統(tǒng)是一種分布式計(jì)算體系結(jié)構(gòu)，它將任務(wù)分配給相應(yīng)的處理器，以實(shí)現(xiàn)每個(gè)處理器的各種功能優(yōu)勢(shì)。在工業(yè)生產(chǎn)中，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制，有效地提高了生產(chǎn)的效率。在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化過(guò)程中，可靠性是分布式系統(tǒng)的主要特點(diǎn)[2]，具有數(shù)據(jù)采集、直接數(shù)字控制和交互控制等功能，是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中較好的控制系統(tǒng)。例如，在硬件和流程制造中，可接受性可以有效地在軟件設(shè)計(jì)中引入自動(dòng)系統(tǒng)恢復(fù)和自動(dòng)處理，以提高分布式系統(tǒng)的效率。工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)借助計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，就可以在生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)自行編程，易于操作、可靠性高。還可以根據(jù)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)所具有的邏輯換算模塊功能，結(jié)合工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)際的工業(yè)設(shè)計(jì)，開展不同需求的組合工作，如將微型計(jì)算機(jī)技術(shù)與機(jī)電控制技術(shù)相結(jié)合，使進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)變得更加的智能化和科技化。

2 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用原理及技術(shù)分析

2.1 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用原理

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，也被人們稱為可編程邏輯控制器（PLC）。在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中,通過(guò)將工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)與智能運(yùn)行管理相結(jié)合，可以借助計(jì)算機(jī)控制技術(shù)所具有的智能化程序儲(chǔ)存功能，將工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的指定程序進(jìn)行邏輯算術(shù)的編排，使工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)先編排的邏輯算術(shù)進(jìn)行定時(shí)運(yùn)算、順序控制、逆勢(shì)控制等操作命令。目前,在我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械智能化運(yùn)行和工業(yè)生產(chǎn)的整體控制。通常,在實(shí)際生產(chǎn)工作中，工作人員會(huì)將工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)看做智能化信號(hào)模擬輸出器和數(shù)字信號(hào)接收器，這主要源于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)可以與大量的生產(chǎn)設(shè)備及機(jī)械設(shè)備相連接，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備與生產(chǎn)設(shè)備的智能化工業(yè)操作。借助計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，工業(yè)生產(chǎn)中的機(jī)械設(shè)備具有較高的抗干擾性能。

2.2 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)分析

在工業(yè)生產(chǎn)中，計(jì)算機(jī)的引入在一定程度上可以滿足生產(chǎn)要求，保證生產(chǎn)質(zhì)量。在工業(yè)生產(chǎn)中，計(jì)算機(jī)根據(jù)生產(chǎn)指標(biāo)編寫程序，嚴(yán)格控制整個(gè)生產(chǎn)線的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，從而使產(chǎn)品規(guī)格更加準(zhǔn)確。在整個(gè)布局中，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)不屬于工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，而在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中卻處于非常重要的地位。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)要求對(duì)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和處理，然后根據(jù)信息處理的結(jié)果設(shè)計(jì)工業(yè)生產(chǎn)的最佳參數(shù)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)控制功能，保證工業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。首先，根據(jù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的原理展開分析，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的原理主要是根據(jù)對(duì)計(jì)算機(jī)硬件、軟件、程序的改變，來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。根據(jù)分析結(jié)果可知計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)受硬件系統(tǒng)的影響，通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)硬件設(shè)計(jì)來(lái)滿足用戶的需求，可以幫助企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中更改數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)還受軟件系統(tǒng)的影響，主要是通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)的軟件程序控制來(lái)控制整個(gè)生產(chǎn)線。同時(shí)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)還具有監(jiān)督、監(jiān)控作用，主要是通過(guò)對(duì)信息的電子監(jiān)控，來(lái)完成整個(gè)生產(chǎn)的管理。這個(gè)控制系統(tǒng)比較簡(jiǎn)便，通過(guò)無(wú)線的方式進(jìn)行監(jiān)控，讓電子控制的作用發(fā)揮到極致。與傳統(tǒng)的手動(dòng)控制相比，具有對(duì)整個(gè)過(guò)程有效監(jiān)控和實(shí)時(shí)反映的功能，可節(jié)省時(shí)間、降低人工成本。采用先進(jìn)、方便、有效的管理方法，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部信息的共享、實(shí)時(shí)監(jiān)控和修改，提高了工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的可靠性，提高了生產(chǎn)效率。電子監(jiān)控設(shè)備可以有效地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，完全克服了距離的限制。自動(dòng)化工業(yè)控制系統(tǒng)中的各種控制手段和檢測(cè)儀器是不一樣的，該執(zhí)行器旨在根據(jù)控制器控制信號(hào)的變化，正確調(diào)節(jié)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)輸出的線性和角度位移。計(jì)算機(jī)對(duì)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析，執(zhí)行特定操作和邏輯數(shù)據(jù)處理，處理結(jié)果在數(shù)據(jù)處理后傳輸?shù)酱鎯?chǔ)器地址。然后從存儲(chǔ)器中刪除第二命令，并重復(fù)第一命令，直到收到停止命令。數(shù)據(jù)采集的主要目的是采集控制對(duì)象的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)焦I(yè)控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中。實(shí)時(shí)決策過(guò)程包括對(duì)實(shí)時(shí)采集的信息進(jìn)行處理，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的系統(tǒng)控制規(guī)律制定后續(xù)控制計(jì)劃。一旦數(shù)據(jù)處理完畢，計(jì)算機(jī)就會(huì)作出適當(dāng)?shù)臎Q定。當(dāng)解決方案發(fā)送到控制系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)分配任務(wù)并監(jiān)視每個(gè)程序的執(zhí)行。

3 工業(yè)自動(dòng)化控制中計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 數(shù)字化控制技術(shù)

數(shù)字控制是工業(yè)自動(dòng)化的一種重要模式，可以用符號(hào)和數(shù)字進(jìn)行編程。數(shù)字控制要求計(jì)算機(jī)設(shè)備根據(jù)特定的計(jì)算機(jī)指令傳輸數(shù)據(jù)，一旦收到相關(guān)任務(wù)，必須按照項(xiàng)目管理程序使用該設(shè)備。在數(shù)字密鑰管理領(lǐng)域，軟件對(duì)計(jì)算機(jī)管理領(lǐng)域的所有應(yīng)用都非常重要。同時(shí)，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，數(shù)字控制程序?qū)⒊尸F(xiàn)出直觀的數(shù)字狀態(tài)。通過(guò)對(duì)數(shù)字信息的合理分析，可以快速發(fā)現(xiàn)設(shè)備錯(cuò)誤，有效降低工業(yè)加工成本，提高工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)效率。在實(shí)踐中，只有采用高效、先進(jìn)的數(shù)字控制技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)高水平的工業(yè)自動(dòng)化，加強(qiáng)對(duì)所有工業(yè)生產(chǎn)故障的控制，提高工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。數(shù)字測(cè)量?jī)x器的主要功能是使用傳感器和測(cè)量線，將工業(yè)生產(chǎn)參數(shù)轉(zhuǎn)換為信號(hào)[4]。其主要功能是在生產(chǎn)過(guò)程中采集測(cè)量信號(hào)，通過(guò)內(nèi)部數(shù)字電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，然后學(xué)習(xí)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的編程規(guī)則，通過(guò)輸出模擬信號(hào)或程序產(chǎn)生的信號(hào)數(shù)字，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，自動(dòng)完成閉環(huán)輸出控制。

3.2 可編程邏輯控制器

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包含著可編程邏輯控制器（PLC），在切換邏輯控制時(shí)，可有效控制產(chǎn)品邏輯和生產(chǎn)順序，實(shí)現(xiàn)多組機(jī)器控制和流水線控制。在控制生產(chǎn)過(guò)程時(shí)，該技術(shù)可以控制生產(chǎn)環(huán)境，包括濕度、溫度和壓力等，使生產(chǎn)流水線能根據(jù)控制程序完成工作。在這個(gè)過(guò)程中不需要太多的員工，只需要少許員工來(lái)監(jiān)督機(jī)械運(yùn)行的機(jī)動(dòng)性和安全性，確保生產(chǎn)線上的數(shù)據(jù)足夠準(zhǔn)確，技術(shù)人員可以根據(jù)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量反饋，來(lái)完善程序的準(zhǔn)確性，不斷完善生產(chǎn)數(shù)據(jù)[5]。

3.3 分布式控制系統(tǒng)

分布式控制系統(tǒng)（DCS）是一種多層次的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，對(duì)提高工業(yè)自動(dòng)化的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)起著重要作用。分布式控制系統(tǒng)由中央計(jì)算機(jī)和分布式計(jì)算機(jī)組成，分析工業(yè)控制系統(tǒng)中的分布式數(shù)據(jù)，并將結(jié)果發(fā)送給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)的工作是收集和分發(fā)信息，提高工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的可靠性和安全性。每個(gè)子系統(tǒng)既是獨(dú)立的，又是相互關(guān)聯(lián)的。子系統(tǒng)故障不影響其他子系統(tǒng)的正常功能。此外，通過(guò)接口連接到控制系統(tǒng)和兩個(gè)接口，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、高效、安全的生產(chǎn)管理。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)總線管理系統(tǒng)

自動(dòng)化工業(yè)控制中的現(xiàn)場(chǎng)總線包括數(shù)字通信控制和控制系統(tǒng)，在應(yīng)用過(guò)程中，它有一個(gè)特殊的處理器，能夠提供與測(cè)量控制器的通信，進(jìn)行計(jì)算機(jī)分析和通信。在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，中央生產(chǎn)線可以實(shí)現(xiàn)在線開發(fā)和控制，為各種工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備和系統(tǒng)的應(yīng)用和運(yùn)行提供重要支持。計(jì)算機(jī)開始從存儲(chǔ)器中提取第一個(gè)指令，驅(qū)動(dòng)程序根據(jù)指令要求對(duì)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，進(jìn)行具體操作和邏輯數(shù)據(jù)處理，在數(shù)據(jù)處理后將處理結(jié)果傳輸?shù)酱鎯?chǔ)器地址。然后從內(nèi)存中刪除第二個(gè)命令，重復(fù)第一個(gè)處理命令，直至收到停止命令[6]。計(jì)算機(jī)控制方法的應(yīng)用過(guò)程包括數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)決策和執(zhí)行控制任務(wù)三個(gè)階段。數(shù)據(jù)采集的主要目的是實(shí)時(shí)采集控制對(duì)象數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)焦I(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中。實(shí)時(shí)決策涉及處理實(shí)時(shí)收集的信息，并根據(jù)預(yù)先確定的系統(tǒng)控制規(guī)律制定后續(xù)控制計(jì)劃。一旦處理了數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)就會(huì)做出相應(yīng)的決定。將解決方案發(fā)送到控制系統(tǒng)后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)分配任務(wù)并自動(dòng)監(jiān)控每個(gè)程序的執(zhí)行情況。

3.5 計(jì)算機(jī)傳感器

基于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和傳感器的計(jì)算機(jī)控制方法在工業(yè)自動(dòng)化的具體應(yīng)用中，傳感器起著非常重要的作用，是控制工業(yè)自動(dòng)化的重要條件。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳感器具有數(shù)字化、系統(tǒng)化、精確化和智能化的特點(diǎn)。傳感器的性能在一定程度上決定了工業(yè)自動(dòng)化的水平[7]。目前，傳感器和計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)信息的全面采集和管理，以及對(duì)各種過(guò)程信息的動(dòng)態(tài)控制，從而保證了工業(yè)自動(dòng)化的安全運(yùn)行。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)支持為工業(yè)提供數(shù)據(jù)信息的綜合控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)由多種集成技術(shù)組成，包括硬件和軟件的集成。工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，無(wú)疑提高了工業(yè)生產(chǎn)效率，促進(jìn)了我國(guó)工業(yè)的發(fā)展[8]。

4 結(jié)語(yǔ)

工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中利用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)開展工作，會(huì)對(duì)原有的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響。因此，相關(guān)部門需要做好計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用的準(zhǔn)備工作，為工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行打好基礎(chǔ)。通過(guò)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用，可以將大數(shù)據(jù)技術(shù)與傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)功能相結(jié)合，全面提升工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，值得在我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)開發(fā)中推廣并使用。此外，在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的今天，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)可以通過(guò)完美的人機(jī)界面和通訊設(shè)備，制作出品種更加豐富、規(guī)格更加齊全的產(chǎn)品，以適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求。