計(jì)算機(jī)控制在工業(yè)自動(dòng)化控制中的應(yīng)用

第第頁(yè)計(jì)算機(jī)控制在工業(yè)自動(dòng)化控制中的應(yīng)用【摘要】隨著我國(guó)工業(yè)現(xiàn)代化技術(shù)的不斷深入發(fā)展，目前計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)已逐漸運(yùn)用到工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中。計(jì)算機(jī)技術(shù)作為工業(yè)生產(chǎn)中的核心力量，對(duì)加強(qiáng)企業(yè)生產(chǎn)速度以及生產(chǎn)鏈接起到了至關(guān)重要的作用。有效的將工業(yè)控制自動(dòng)化儀器設(shè)備、理論控制和各項(xiàng)軟件技術(shù)總結(jié)運(yùn)用，充分實(shí)現(xiàn)工業(yè)優(yōu)化控制=管理生產(chǎn)、決策發(fā)展、檢測(cè)控制等一系列生產(chǎn)程序，是提高生產(chǎn)質(zhì)量、擴(kuò)大企業(yè)生產(chǎn)量以及降低資本消耗的綜合性能較強(qiáng)的一項(xiàng)技術(shù)，工業(yè)自動(dòng)化中硬件、軟件設(shè)計(jì)在企業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)重要位置。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)化；計(jì)算機(jī)技術(shù)；應(yīng)用

1、計(jì)算機(jī)技術(shù)理念

采用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)運(yùn)用在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，實(shí)際是對(duì)自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)技術(shù)中進(jìn)行控制，但隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)不斷提高，逐漸提高了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和生產(chǎn)創(chuàng)新理念，致使計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中獲得廣泛運(yùn)用。除此之外，對(duì)于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)而言，采用該技術(shù)期間需要獲得自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊、傳感裝置、系統(tǒng)等軟件給予支撐。也就是說(shuō)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)中控制技術(shù)屬于核心技術(shù)，通過(guò)運(yùn)用不同裝置和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)全程控制操作，將計(jì)算機(jī)技術(shù)作為工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的基礎(chǔ)技術(shù)。因此，在基礎(chǔ)中，通過(guò)運(yùn)用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)裝置逐漸取代傳統(tǒng)系統(tǒng)操作方式，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)裝置進(jìn)行全程操作控制，有助于降低人力資源的運(yùn)用，提高工作效率等，進(jìn)一步加強(qiáng)生產(chǎn)質(zhì)量。

2、計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中的特點(diǎn)

2.1具備可操作性以及相互運(yùn)用等特點(diǎn)，企業(yè)實(shí)施生產(chǎn)發(fā)展過(guò)程中可以將生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)系統(tǒng)相互連接起來(lái)，還能將生產(chǎn)設(shè)備以及生產(chǎn)系統(tǒng)兩者進(jìn)行連接，以此保證數(shù)據(jù)之間相互傳送、交流。并根據(jù)不同生產(chǎn)裝置實(shí)施裝置之間相互取代、替換等工作。

2.2開放性特征，工業(yè)生產(chǎn)各項(xiàng)環(huán)節(jié)具備公開性以及開放性特征，運(yùn)用公開性和開放性特征充分實(shí)現(xiàn)裝置和系統(tǒng)兩者間的連接工作，確保各個(gè)裝置可以正常、有效率的運(yùn)行。并能充分滿足使用者的需求，通過(guò)對(duì)不同類型的系統(tǒng)和裝置實(shí)施組裝材料，這樣產(chǎn)品生產(chǎn)才能事半功倍。③智能性特征，計(jì)算機(jī)軟件在工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中還具備智能性特征，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中總線系統(tǒng)可以運(yùn)用傳感裝置對(duì)總線現(xiàn)場(chǎng)中的裝置實(shí)施分層控制，根據(jù)運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)裝置和其設(shè)備確保自動(dòng)化系統(tǒng)安全運(yùn)行，并能對(duì)裝置內(nèi)部系統(tǒng)的安全性進(jìn)行診斷工作。

3、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)工作原理

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要由兩部分組成：硬件部分和軟件部分。要想實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)被控制目標(biāo)的有效控制，需要采用專門的數(shù)字―――模擬量轉(zhuǎn)換設(shè)備和模擬量―――數(shù)字轉(zhuǎn)換設(shè)備。由于工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程中的控制一般都是采取即時(shí)控制的方式，許多控制過(guò)程對(duì)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度要求并不高，但是對(duì)計(jì)算機(jī)的可靠性要求非常高，必須做到響應(yīng)及時(shí)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要有如下三個(gè)過(guò)程組成的過(guò)程實(shí)現(xiàn)控制目的。首先，需要對(duì)被控制目標(biāo)的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測(cè)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后輸入給工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。然后，即是實(shí)時(shí)決策過(guò)程。這一步需要專門的應(yīng)用軟件對(duì)采集到的能夠被控對(duì)象相關(guān)參數(shù)的狀態(tài)量進(jìn)行計(jì)算分析，然后按照已經(jīng)計(jì)劃好的控制規(guī)律制定并執(zhí)行下一步的控制過(guò)程。最后，實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)依據(jù)相關(guān)決策，按照任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用，借助發(fā)射出的控制信號(hào)分配執(zhí)行任務(wù)并控制相應(yīng)的執(zhí)行動(dòng)作，然后完成控制任務(wù)。上述三個(gè)控制過(guò)程不斷的循環(huán)往復(fù)，保證整個(gè)系統(tǒng)能夠按照相應(yīng)的品質(zhì)指標(biāo)自動(dòng)的進(jìn)行工作，而且能夠?qū)Ρ豢刂茖?duì)象和控制設(shè)備本身的異常情況及時(shí)進(jìn)行處理。

4、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用

鉆機(jī)作為鉆探工業(yè)施工作業(yè)的主要裝備，如果引入工業(yè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鉆機(jī)鉆探作業(yè)時(shí)的參數(shù)進(jìn)行隨時(shí)觀測(cè)，進(jìn)而采取一系列措施控制鉆機(jī)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)的自動(dòng)化作業(yè)，使鉆探效果更好。本節(jié)將從鉆機(jī)鉆探作業(yè)時(shí)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成、控制算法的設(shè)計(jì)以及上位機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)等幾個(gè)方面綜合介紹應(yīng)用于鉆探工業(yè)中的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

4.1鉆機(jī)系統(tǒng)功能與組成本文計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制的鉆機(jī)為全液壓驅(qū)動(dòng)方式，鉆機(jī)除了具備普通鉆機(jī)的液壓給進(jìn)、回轉(zhuǎn)功能之外，還具備頂驅(qū)沖擊、動(dòng)力感觸鉆探、靜力感觸鉆探等功能。鉆機(jī)主要有進(jìn)油缸、回轉(zhuǎn)馬達(dá)、鉆桿擰卸裝置、桅桿、卷?yè)P(yáng)機(jī)以及泥漿泵等。在鉆機(jī)的控制部分，主要由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)鉆進(jìn)參數(shù)的收集與鉆機(jī)給進(jìn)系統(tǒng)的控制。計(jì)算機(jī)控制的核心―――工控機(jī)安裝在運(yùn)載車上的專用的操控站房?jī)?nèi)，操作人員在操控站房?jī)?nèi)實(shí)時(shí)對(duì)鉆機(jī)的各項(xiàng)性能進(jìn)行觀測(cè)，并對(duì)鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)控制。

4.2控制系統(tǒng)總體硬件設(shè)計(jì)鉆機(jī)鉆探作業(yè)中的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件主要有檢測(cè)控制部分、鉆進(jìn)參數(shù)檢測(cè)單元、鉆機(jī)自動(dòng)控制單元。在鉆機(jī)鉆探工業(yè)中，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用的是兩級(jí)分布式控制結(jié)構(gòu)，第一級(jí)為上位機(jī)，采用性能穩(wěn)定的工控機(jī)，其抗干擾能力強(qiáng)，能應(yīng)用于各種生產(chǎn)條件惡劣、情況變化復(fù)雜、干擾源多的環(huán)境，在鉆探工業(yè)中，更是需要這樣的工控機(jī)。系統(tǒng)的第二級(jí)為下位機(jī)。主要有各種數(shù)據(jù)采集傳感器、信號(hào)變送器、接近開關(guān)以及光電編碼器對(duì)鉆探作業(yè)中的壓力、鉆桿扭矩、鉆桿回轉(zhuǎn)速度、鉆進(jìn)深度等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；利用可編程的邏輯控制器及其關(guān)聯(lián)不見(jiàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種鉆進(jìn)參數(shù)的信號(hào)的采集處理和信號(hào)輸出控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)鉆機(jī)鉆進(jìn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。

4.3控制算法的設(shè)計(jì)鉆機(jī)為全液壓方式驅(qū)動(dòng)，給進(jìn)系統(tǒng)采用的是先導(dǎo)式比例溢流閥對(duì)進(jìn)油缸的給進(jìn)力進(jìn)行控制，回轉(zhuǎn)系統(tǒng)采用的是電控比例變量泵對(duì)液壓馬達(dá)的流量進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)回轉(zhuǎn)速度的控制。要想實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆機(jī)的有效控制，達(dá)到鉆機(jī)自動(dòng)化作業(yè)的目的，需要采取增量式PID控制算法。

4.4上位機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)鉆機(jī)鉆探工業(yè)中，要想實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆機(jī)的控制，達(dá)到自動(dòng)化的目的，上位機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)是十分重要的步驟。工業(yè)控制領(lǐng)域的上位機(jī)系統(tǒng)，目前廣泛使用的是組態(tài)軟件。組態(tài)軟件主要應(yīng)具備如下功能：能夠?qū)崟r(shí)傳輸設(shè)備運(yùn)行畫面，能夠使專業(yè)的操控人員隨時(shí)隨地的掌控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)工程細(xì)節(jié)、監(jiān)測(cè)參數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、趨勢(shì)預(yù)測(cè)曲線、數(shù)據(jù)報(bào)表、操作記錄和報(bào)警情況進(jìn)行實(shí)時(shí)了解，而且還應(yīng)具備對(duì)裝置設(shè)備的控制操作。設(shè)備的啟動(dòng)、停止以及參數(shù)的調(diào)節(jié)等控制操作均能通過(guò)上位機(jī)軟件完成，最重要的是上位機(jī)軟件還應(yīng)具備腳本編程能力，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和運(yùn)行策略的設(shè)計(jì)。

4.5集散式控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)中集散式控制系統(tǒng)最早出現(xiàn)在1975年，主要生產(chǎn)地在德國(guó)、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家。其次在70世紀(jì)后期，我國(guó)大量生產(chǎn)行業(yè)漸漸將該技術(shù)運(yùn)用到生產(chǎn)工作中，例如：工業(yè)生產(chǎn)、電力生產(chǎn)、石化生產(chǎn)、冶金生產(chǎn)等各個(gè)行業(yè)。

近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)科學(xué)技術(shù)發(fā)展將集散式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)推向巔峰，促使一批批優(yōu)秀企業(yè)崛起，這些企業(yè)就是通過(guò)研究集散式控制系統(tǒng)技術(shù)，將其運(yùn)用在生產(chǎn)發(fā)展中，使產(chǎn)品品種、數(shù)量不斷增多，而該技術(shù)逐漸接近國(guó)外技術(shù)水平。正是該技術(shù)，致使計(jì)算機(jī)技術(shù)可以更快、更穩(wěn)定的發(fā)展，集散式控制系統(tǒng)是對(duì)計(jì)算機(jī)影響較大、運(yùn)行速度較快的一種。對(duì)于FCS來(lái)講，雖然其性能較強(qiáng)、發(fā)展速度較快，但在傳統(tǒng)控制裝置中仍需要采用集散式控制系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行控制、修理。目前，工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中運(yùn)用計(jì)算機(jī)仍然是比較分散、連續(xù)性能較低等，采用集散式控制系統(tǒng)具備綜合性發(fā)展，還能對(duì)分散式系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)以其強(qiáng)大的功能，在工業(yè)自動(dòng)