工業自動化控制中計算機控制技術的應用路徑研究

吳高杰

摘 要：伴隨著時代的進步和科技的發展，工業生產已經逐漸擺脫了以人力、機器為主力的生產方式，實現了自動化和智能化產，減少了人力的工作量，也減少了生產成本，提高了生產效益。計算機技術和網絡技術是實現現代化工業生產的技術保障，它在有效提高業生產效率的同時，也為工業的自動化和智能化發展奠定了基礎。該文在簡單概述自動化技術和計算機控制技術的基礎上，分析了計算機控制系統的工作原理以及運用的特點，并重點論述了工業自動化控制中計算機控制技術的運用。

關鍵詞：工業自動化控制 計算機控制技術 應用路徑 網絡技術

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（a）-0132-02

在市場經濟快速發展的今天，工業企業面臨著巨大的市場競爭，因此，對于工業制造企業而言，如何在確保產品質量的基礎上，最大限度提高企業生產效率，已經逐漸成為了工業制造企業所普遍面臨的難題。工業自化已經成為了行業發展的趨勢，而計算機控制技術則在其中發揮著重要的作用，NC、PLC等先進技術的使用成為了計算機控制系統在工業自動化控制中應用的鍵，其自身的發展也逐漸向著精密化、靈活化、開放化的方向發展。

1 工業自動化技術概述

石油、石化、建材、冶金等都屬于工業生產，它所涵蓋的范圍廣泛，可以是指一臺生產的設備或是一條生產線，也可以指一間廠或是一家企業。在工業制造行業中，工業自動化技術指的是一項綜合性技術，它強調的是在綜合利用計算機技術、電子設備、控制理論以及相關的儀器儀表的基礎上，實現對工業生產制造全過程的動態化、智能化監測和控制。在這個過程中，實現對生產工藝的優化、生產資料的合理配置，并為決策者的決策行動提供參考，其最終目的是提高產品質量和生產效率，降低生產消耗和成本，減少對環境的污染。

總體而言，工業自動化技術包含了三個部分，分別是硬件系統、軟件系統和系統技術。硬件系統中包含了各項控制設備和儀器，以及執行命令的執行器等。系統技術則包含了各項集成技術，具體包括硬件集成技術、軟件集成技術、軟件和硬件集成技術等。而各類軟件則屬于軟件系統，在工業自動化系統中，包括了管理軟件、控制軟件和測量軟件等。這三個部分的內司其職，又相互配合，共同實現了工業的自動化生產和控制。將自動化技術應用于工業生產制造行業，對提高企業員工素質、提高企業生產制造能力具有重要意義，同時，這也是優化工業行業產業結構，避免“三高”的重要舉措。

2 計算機控制技術概述

計算機控制技術質是以計算機技術為核心的一項技術，其主要的目標是采集和控制生產過程中的各項參數，并以計算機硬件系統為依托，利用相應的控制軟件，實現對工業生產過程的自動化控制。換而言之，工業自動化控制系統的實現需要以計算機控制系統為基礎。如圖1為計算機控制系統硬件系統結構示意圖。

計算機控制系統由軟件控制算法、硬件系統和上位機操控軟件三個部分構成。在這個系統中，計算機擁有高速的計算能力和數據處理能力，因此被運用于各項命令的執行，通過對被控對象的控制，達到工業自動化控制的目的。事實上，從很大程度上來說，對計算機的控制也需要借助一些輔助部件。上位機操控軟件的主要作用是現人機的交互，其最大的作用在于實現程序和數據的輸入和輸出，同時承擔數據庫構建的任務，以便于實現對工業生產過程的控制，在發現異常狀況時能夠發出警報。在輔助工業控制系統運行過程中，計算機控制系統需要進行經常性的信息交互，通常情況下，信息交互能夠采用有線通訊和無線通訊兩種方式。總而言之，計算機控制系統的要目的一方面在于實現對運動過程的控制；另一方面是實現被操控對象的優化。

3 計算機控制系統的工作原理

硬件系統和軟件系統是計算機控制系統兩個重要組成部分，要想實現計算機控制系統的控制功能，需要采取專門的數字、模擬轉換設備。

在實際工業自動化控制過程中，通常會采用實時控制方式，大多數控制過程計算機運行的可靠性要求較高，但是對其運算速度并無硬性要求，只強調其必須能夠響應及時。計算機控制系統實現工業自動化控制的工作原理主要分為三個步驟：第一，數據采集。通過對被控制目標的瞬時值進行檢測，實現對相關數據的收集，隨后將相關數據傳輸至工業自動化控制計算機中。第二，實時決策。通過計算機中的特定軟件，對所采集到的數據的狀態進行計算和分析，根據預定的控制規則，執行下一步控制計劃。第三，完成控制任務。計算機所做出的決策會發送給控制系統，控制系統以控制信號為依據，對相關任務進行分配，并執行相關的控制動作，完成自動化控制的任務。在實際控制工作中，三個控制過程不斷重復循環，確保系統能夠按照相應的要求進行工作，且能夠處理一些設備自身和控制對象的異常情況。

4 工業自動化控制中計算機控制技術的運用

工業生產過程中，計算機控制技術在自動化控制系統中的應用路徑可從數字控制、可編程邏輯控制器、分布式控制系統、計算機傳感器等五個方面進行分析。

4.1 數字控制

數字控制（NC）是自動化方法的一種，指的是借助符號和數字等對工業生產過程進行編程控制，因此，也簡稱為“數控”。要實現數字控制，需借助專門的計算機設備，將操作命令以數字的狀態發送給設備，使得設備能夠依據原先設計好的程序運行。在數字控制系統中軟件技術是核心和關鍵所在，對設備的自動化控制具有重要影響，良好的數字控制技術是提高設備自動化運行能力的重點。在診斷設備故障和設備維修的過程中，數字控制能夠診斷出AI故障，運用計算機網絡技術，還可實現遠程診斷和遠程監控。另外，通過已建立的數據庫功能，還可對系統進行檢修和維護，修復相關故障，并在漏洞擴大之前實現零件的更換，最大限度提高數控系統的安全性、可靠性和穩定性。

4.2 可編程邏輯控制器

可編程邏輯控制器（PLC）從本質上而言是一臺計算機，其主要是為工業生產而專門研發的。數字運算操作是其基礎性工作，而編程存儲器則是其核心，模型和數字是其輸入或輸出的主要方式，通過這種數字或模型的輸入和輸出實現對工業生產過程和機械設備的自動化控制。可編程邏輯控制器在被運用于工業生產制造后，其工作內容也被分為個部分，主要是數據采集和輸入、命令程序的執行、結果的輸出和刷新，這三部分的工作內容共同形成了一個掃描周期。可編程邏輯控制器工業自動化控制中的使用較為廣泛，歸根結底是因為其自身在性能方面擁有諸多優勢。首先，它具有使用便捷、操作簡單的特點。其次，它的功能較為強大，設施設備齊全，表現出良好的性價比。再次，它的運行可靠性高，能夠適應各種不同的生產制造環境，且抗干擾能力強。最后，它具有維護和檢修方便的特點，能夠實現相關程序的在線修改。

4.3 分布式控制系統

工業自動化控制系統中分布式控制系統從本質和功能上來講，就是一個中型的計算機控制系統。這個分布式的控制系統，能夠通過計算機技術實現對生產過程中相關數據的收集、處理和分析，進而實現對生產過程的控制。這種多級計算機控制系統的運用是以計算機運行速度的提高和微型計算機的使用為基礎的，它的出現使得自動化技術中計算機控制技術的使用更加科學可靠，其出現和發展與計算機技術的發展有著密不可分的聯系。集散型計算機控制系統的主要工作則是實現對自動化生產工程中相關數據的分析，并將分析所得信息反饋給計算機，在這個分析和反饋的過程中，中央計算機只負責系統的集中管理和分散控制工作，使得工業自動化控制系統工作的可靠性大大增強。場控器是分布式控制系統的基礎，通常情況下場控器中包含了I/0部件，通過該部件分布式控制系統可實現對數據的采集和控制、執行，再經由人機接口，實現執行命令的發布，再通過網絡通訊設備，實現對數據信息的傳遞。在現場控制器中，又包含了控制回路等，回路控制中的相關算法預先存儲于運行內存中，在實際操作中，能夠依據自動控制需求，進行組態。

4.4 計算機傳感器

在工業自動化控制中計算機控制技術的運用和實現需要依賴于網絡通信技術、軟件技術和傳感設備的支持，在這其中傳感設備發揮了至關重要的作用，它是實現工業自動化控制中自動化監測的重要條件。傳感設備具有數字化、智能化、系統化和精密化的特點，其相關性能從某種程度上來說決定著工業企業自動化生產的產品的品質。計算機控制系統通過傳感器的使用，實現對相關數據信息的收集和整理，進而獲取設備運行的狀態信息，實現對設備各項參數的動態化監測和控制，確保自動化控制設備運行狀態安全，最終達到提高工業產品質量的目的。現階段，計算機傳感器的使用正處于發展階段，在未來的發展過程中，其運行的可靠性和精確性都將得到有效的提高，最終向著更高級的智能化和更低的能源消耗方向發展，其綜合性能將得到大大提升。

4.5 自動化生產中的現場總線應用

現場總線指的是數字化通信的檢測和控制系統，其被廣泛運用于工業自動化制造行業中。現場總線擁有專門的處理器，將這個處理器與測量控制器連接后，可實現計算和通信的能力。它使用雙絞線作為通信的媒介，能夠實現計算機網絡與測量控制器的多個對等連接，自動化生產的現場總線能夠將分散的測量控制器變成網絡探測的節點，實現聯機式的自動控制。現場總線的使用為自動控制設備和系統之間的信息交互和數據分析提供了保障，再通過計算機網絡的作用，能夠第一時間發現設備運行的異常狀況，并實現異常狀況的及時排除，使得工業企業的自動化生產過程中信息溝通更加便捷。現場總線在信息交互、數據更新和信息顯示等方面都表現出了強大的優勢，因此，在自動化技術未來的發展中，現場總線技術的使用是其必然的發展趨勢。

5 計算機控制系統的應用特點

計算機控制技術在工業生產領域使用廣泛，其運用涉及到網絡通訊技術、傳感技術、控制軟件、自動控制技術等。近些年來，伴隨著計算機技術和工業產業的發展，工業自動化控制中計算機控制技術的應用水平越來越高，其科技含量也越來越高，有效加快了企業的現代化進程，其應用的優勢主要表現在以下幾個方面：

（1）開放性特點。相對而言計算機自動化控制系統具有公開性和開放性的特點，其開放性特點主要表現在能夠實現所有設備和系統的連接，確保各項設備正常運轉。在實際操作中，工業企業可根據自身的實際需求，選擇接入的系統和設備，表現出極大的靈活性和便捷性。

（2）交互性和可操作性特點。計算機控制系統中的各項設備能夠相互連接，共同構成一個數據傳遞的系統，因此，在這個系統中各項設備是可以相互替換和代替的。

（3）智能化特點。計算機控制下的自動化系統的總線具有智能化的特點，現場總線通過傳感設備，能夠實現對現場各設備的分析和監控，并在此基礎上，實現對設備的自動化控制，確保其能夠實時監測設備運行狀態，及時處理系統故障。

（4）精確性高。相對于一般調節器而言，計算機控制系統具有超強的數值運算能力，能夠最大限度縮小和控制偏差，確保其控制精度不會受到元件老化、噪音等因素的影響。

6 結語

總之，工業企業的自動化生產是一個復雜的過程，尤其是在這其中還摻雜了許多大型設備和先進技術的使用，大大增加了自動控制的難度。計算機技術在工業自動化控制中的使用，為其提供了強有力的技術支持，為其進步和發展奠定了基礎，也為企業進一步降低生產成本，提高生產效率提供了可能。在未來的發展過程中，必須加強對計算機控制技術的研究，除了不斷完善現有的技術之外，還應該加強對新技術的研發，使計算機控制技術能夠更好地服務于工業自動化控制技術，促使我國工業產業健康、穩定、可持續發展。

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