□林 梅 杜駿震

(山西廣播電視大學(xué) ,山西 太原 030027)

隨著時(shí)間不斷的推移和時(shí)代的改革創(chuàng)新，國(guó)內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)與控制技術(shù)已經(jīng)逐漸變得成熟，并且繼續(xù)向更高的技術(shù)層面上邁進(jìn)。就目前來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)管控系統(tǒng)中的應(yīng)用開(kāi)始變得越來(lái)越頻繁，越來(lái)越廣泛，這不僅使得工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量得到了保證，同時(shí)效率也得到了極大的提升，還使得工業(yè)自動(dòng)化管控系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展方向得以確定。分析與研究計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)管控系統(tǒng)中的應(yīng)用以及發(fā)展趨勢(shì)是非常有意義的。

一、計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化管控系統(tǒng)的作用

計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化管控系統(tǒng)中的主要作用包括對(duì)參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算、控制各種裝置與設(shè)備、完成執(zhí)行器任務(wù)、參與測(cè)量環(huán)節(jié)以及對(duì)數(shù)字的各種操作。

(一)計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化管控系統(tǒng)中控制的對(duì)象

在實(shí)際的工業(yè)自動(dòng)化管控系統(tǒng)當(dāng)中，計(jì)算機(jī)主要進(jìn)行控制的對(duì)象是工業(yè)系統(tǒng)當(dāng)中的各種裝置和設(shè)備，這一控制過(guò)程主要是通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)中的函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，編譯好的程序根據(jù)接收到的參數(shù)值進(jìn)行分析計(jì)算，然后調(diào)用相應(yīng)的操作命令，在實(shí)際的傳輸過(guò)程中，計(jì)算機(jī)采用的函數(shù)類(lèi)型以及各種參數(shù)值都會(huì)發(fā)生一定的變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各種裝置與設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)控制的目的。例如在電廠中，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)行程、送風(fēng)機(jī)的開(kāi)度計(jì)算、鍋爐汽包水位的控制等等，都可以運(yùn)用預(yù)設(shè)的函數(shù)算法，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)接收到的參數(shù)進(jìn)行分析運(yùn)算后進(jìn)行控制，還有一些重要設(shè)備或者生產(chǎn)流程，也可以通過(guò)測(cè)點(diǎn)的反饋將信號(hào)傳輸?shù)讲杉校⑼ㄟ^(guò)控制系統(tǒng)中的計(jì)算進(jìn)行一些重要的保護(hù)。自動(dòng)化控制的主要的特點(diǎn)其實(shí)就是在進(jìn)行控制的過(guò)程中，其系數(shù)是能夠進(jìn)行放大的，除此之外，積分時(shí)間常數(shù)也能夠進(jìn)行變化，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工業(yè)自動(dòng)系統(tǒng)的精細(xì)化的控制，而這種精細(xì)化的控制過(guò)程正是目前的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)所需要的[2]，并且在后續(xù)的發(fā)展過(guò)程中對(duì)其付出一定的人力物力以及財(cái)力，這對(duì)于工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展是具有相當(dāng)大的裨益的。

(二)計(jì)算機(jī)技術(shù)控制工業(yè)自動(dòng)化管控系統(tǒng)中的執(zhí)行器

在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，執(zhí)行器是非常重要的一個(gè)部分，同時(shí)也是工業(yè)自動(dòng)化管控系統(tǒng)中的一個(gè)重要的核心部件，缺少了這一部件，整體的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)將無(wú)法正常地運(yùn)行并發(fā)揮出其應(yīng)有的作用。而在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分組成，執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照控制器輸送的信號(hào)大小產(chǎn)生推力或位移。計(jì)算機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化管控系統(tǒng)中控制執(zhí)行器時(shí)，是通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行控制工作的，如調(diào)節(jié)溫度、壓力、速度等等。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)能夠根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的各種信號(hào)完成調(diào)節(jié)的作用，然后通過(guò)輸出的角和直線的位移來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能，這樣就能夠通過(guò)這一系統(tǒng)使得工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)達(dá)到其應(yīng)有的效果，使生產(chǎn)過(guò)程符合預(yù)定的要求。

執(zhí)行器的工作方式并不是單一的，按照采用的動(dòng)力方式，其主要具有三種類(lèi)型，電動(dòng)執(zhí)行器、氣動(dòng)執(zhí)行器和液動(dòng)執(zhí)行器三大類(lèi)。首先是電動(dòng)執(zhí)行器，顧名思義，電動(dòng)執(zhí)行器需要通過(guò)電能的支持，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，例如在我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用最多的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)品牌SIPOS，它被大量應(yīng)用于電廠、供熱系統(tǒng)、水泥廠、鋼鐵廠、污水處理廠、食品工業(yè)和化工廠。SIPOS因其核心的變頻智能化控制單元使其既可應(yīng)用于傳統(tǒng)工業(yè)又可應(yīng)用于高度現(xiàn)代化的工廠，它具有開(kāi)放的控制接口，可與各種控制系統(tǒng)兼容。SIPOS的變頻智能化控制單元采用簡(jiǎn)單的模塊化結(jié)構(gòu)，通過(guò)增加少量必要的模塊，就可使其適用于各種控制模式——從簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)控制到PROFIBUS通訊。其次是氣動(dòng)執(zhí)行器，在工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，這一執(zhí)行器也被稱(chēng)為氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或者是氣動(dòng)裝置，通俗一點(diǎn)則將其稱(chēng)為是氣動(dòng)頭，氣動(dòng)執(zhí)行器完成工作過(guò)程往往還需要配備一定的輔助裝置[3]，例如閥門(mén)定位器以及手輪機(jī)構(gòu)等等，氣動(dòng)執(zhí)行器可靠性高，檢修維護(hù)簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性好，但是在分段控制和精度控制方面存在一些問(wèn)題，隨著氣動(dòng)定位器的不斷進(jìn)步和提升，氣動(dòng)定位器的死區(qū)和開(kāi)度問(wèn)題也得到了很大的改善。第三類(lèi)是液動(dòng)執(zhí)行器，液動(dòng)執(zhí)行器以液壓傳遞為動(dòng)力，其顯著特點(diǎn)是推動(dòng)力大，但體型笨重，只適用于需要大推動(dòng)力的特定場(chǎng)合，因此各種執(zhí)行器的使用要結(jié)合實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行考慮。

(三)計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化管控系統(tǒng)中對(duì)數(shù)字的各種操作

工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)與其他的系統(tǒng)存在一定的不同，其控制功能的實(shí)現(xiàn)需要各種數(shù)字的操作才能夠完成，而數(shù)字的各種操作其實(shí)也是計(jì)算機(jī)的核心操作，由此就需要數(shù)字調(diào)節(jié)器這一設(shè)備了，這是一種運(yùn)用數(shù)字技術(shù)與微電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的調(diào)節(jié)器，一般也稱(chēng)為調(diào)節(jié)儀表，將接收到的生產(chǎn)過(guò)程中的測(cè)量信號(hào)，通過(guò)內(nèi)部的數(shù)字電路或微處理機(jī)數(shù)字處理，按一定調(diào)節(jié)規(guī)律產(chǎn)生輸出數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器，完成對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的閉環(huán)控制。數(shù)字調(diào)節(jié)器在固定程序支配下進(jìn)行過(guò)程控制，通過(guò)“組態(tài)”可以選擇預(yù)定的控制算法和輸入、輸出端連接的相關(guān)信號(hào)。但集散控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器架構(gòu)屬于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，CPU及邏輯、計(jì)算單元從存儲(chǔ)器ROM中接受指令和固定的算法，并采用數(shù)據(jù)庫(kù)共享的算法，來(lái)實(shí)現(xiàn)已組態(tài)功能塊及控制數(shù)據(jù)庫(kù)中所要求的所有運(yùn)算。調(diào)節(jié)器通過(guò)多路輸入和輸出信號(hào)與過(guò)程相連接。它與模擬調(diào)節(jié)器相比，優(yōu)勢(shì)是P(比例)、I(積分)、D(微分)之間相互獨(dú)立，可分別設(shè)定，沒(méi)有參數(shù)間的關(guān)聯(lián)問(wèn)題，無(wú)需考慮干擾系數(shù)問(wèn)題，而且PID參數(shù)可在更大范圍內(nèi)自由選擇。數(shù)字調(diào)節(jié)器使用共同的硬件在控制回路間共享資源；控制參數(shù)的顯示、調(diào)整、報(bào)警等功能可通過(guò)上位機(jī)共享信息。且控制規(guī)?？纱罂尚。耆Q于所用設(shè)備的功能和現(xiàn)場(chǎng)的需求。因此，在硬件功能或輸入、輸出范圍內(nèi)，不需要增加投資就可修改和增加控制方案。數(shù)字調(diào)節(jié)器能夠控制編程人員在計(jì)算機(jī)中編制的程序，進(jìn)而就能夠?qū)崿F(xiàn)其中規(guī)律的控制了。當(dāng)數(shù)字進(jìn)行數(shù)輸入操作時(shí)，需要堵路開(kāi)關(guān)，還需要轉(zhuǎn)換器，將信號(hào)換成利于傳輸、處理的形式，轉(zhuǎn)換器的線性度、隔離特性、輸入輸出阻抗匹配要符合一定要求，才能有較高的轉(zhuǎn)換精度和抗干擾能力。

二、計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)管控系統(tǒng)中應(yīng)用的范圍以及優(yōu)勢(shì)

計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化管控系統(tǒng)中的應(yīng)用在不斷地增加，而且表現(xiàn)出了強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。

(一)計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化管控系統(tǒng)的應(yīng)用范圍

就目前來(lái)說(shuō)，工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)來(lái)說(shuō)已經(jīng)變得越來(lái)越重要了，而對(duì)于工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)在其中已經(jīng)變得尤為重要了。例如，國(guó)內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中就具有航空導(dǎo)彈的設(shè)計(jì)和制造工作，如果能使得計(jì)算機(jī)的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)在其中進(jìn)行應(yīng)用的話，就能夠進(jìn)行高質(zhì)量和高效率的生產(chǎn)了[5]，由此看來(lái)，計(jì)算機(jī)工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)于我國(guó)國(guó)防事業(yè)的發(fā)展是非常重要的。另外，這一系統(tǒng)還在國(guó)內(nèi)的電力事業(yè)以及印刷事業(yè)中都有一定的應(yīng)用，而且眾所周知的，傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，缺少了自動(dòng)控制系統(tǒng)的話，往往需要非常多的人力資源，而自動(dòng)化控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得整體的工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的水平能夠得到提升?，F(xiàn)階段在工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化控制方式主要有兩種：集散控制系統(tǒng)(DCS)以及總線控制系統(tǒng)(FCS)。在兩種控制方式中，計(jì)算機(jī)都具有不可取代的核心地位，通過(guò)計(jì)算機(jī)的人機(jī)交互，才能實(shí)現(xiàn)工作人員對(duì)就地設(shè)備和控制系統(tǒng)的集中化操作和管理，工業(yè)生產(chǎn)中的智能化和安全性都得以實(shí)現(xiàn)，很好地減輕現(xiàn)場(chǎng)工作中的人力資源負(fù)擔(dān)。

(二)計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化管控系統(tǒng)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

在實(shí)際的工業(yè)自動(dòng)化控制中，使用計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)行多種變化，并且在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)需求出現(xiàn)一定改變的話，操作人員進(jìn)行改動(dòng)也是比較容易的，這對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)的效率方面來(lái)說(shuō)是異常重要的。其次，計(jì)算機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)控制功能和管理功能的互相結(jié)合，這一點(diǎn)對(duì)于工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展其實(shí)是非常重要的，并且能夠滿(mǎn)足時(shí)代發(fā)展的基本需求。最后，計(jì)算機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用范圍非常廣泛，也就是說(shuō)，計(jì)算機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中發(fā)揮出來(lái)的優(yōu)勢(shì)也能夠在其他行業(yè)中表現(xiàn)出來(lái)，進(jìn)而使得全社會(huì)的工作都能實(shí)現(xiàn)一定的提升，這也符合我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)的發(fā)展期望，由此，計(jì)算機(jī)工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)于國(guó)內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展是非常重要的。無(wú)線技術(shù)也在不斷地發(fā)展成熟，已經(jīng)逐步融合到工業(yè)生產(chǎn)的監(jiān)控技術(shù)當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地及時(shí)地監(jiān)管生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，可在最短時(shí)間內(nèi)做出調(diào)整，大大降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)的效率，使得工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化得到了升級(jí)革新。

三、目前工業(yè)自動(dòng)化管控系統(tǒng)與工業(yè)管理之間的關(guān)系

自動(dòng)化系統(tǒng)根據(jù)要在工業(yè)中實(shí)現(xiàn)的功能來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，只要將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)到執(zhí)行，再?gòu)淖畹图?jí)的控制功能想要延展的話，其實(shí)都是根據(jù)經(jīng)營(yíng)的模式以及各種控制功能的規(guī)律來(lái)進(jìn)行組合的，也就是說(shuō)，其綜合的過(guò)程其實(shí)并不是單獨(dú)的由工業(yè)控制系統(tǒng)中各種硬件的結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行綜合的，而是有計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)與硬件設(shè)備結(jié)合起來(lái)完成的。但是經(jīng)過(guò)一定的調(diào)查其實(shí)就能夠得知，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)不是很完善，存在著一些欠缺，如何針對(duì)不同的需求設(shè)計(jì)不同的自動(dòng)化控制系統(tǒng)是非常有必要的，這對(duì)于目前的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)與工業(yè)管理工作來(lái)說(shuō)是一種比較巨大的提升。

四、計(jì)算機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化管控系統(tǒng)中的發(fā)展趨勢(shì)

計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)與控制領(lǐng)域的使用會(huì)越來(lái)越廣泛，想要達(dá)到更好的效果，就需要不斷地改進(jìn)各項(xiàng)計(jì)算機(jī)技術(shù)，以便適應(yīng)各個(gè)領(lǐng)域與各種設(shè)備，而且必須與信息技術(shù)、數(shù)字技術(shù)等能夠很好的融合，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)參數(shù)的分析與計(jì)算，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)各種設(shè)備精準(zhǔn)的調(diào)控，各行各業(yè)都進(jìn)入了智能化與無(wú)線化時(shí)代，計(jì)算機(jī)技術(shù)必須跟上腳步。

(一)工業(yè)生產(chǎn)的智能化

就我國(guó)目前的發(fā)展來(lái)說(shuō)，很多社會(huì)工作已經(jīng)步入到了智能化的發(fā)展道路上，在實(shí)際的發(fā)展過(guò)程中為國(guó)民群眾帶來(lái)了非常多的便利。而計(jì)算機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)之一其實(shí)就是智能化，工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)一旦能夠?qū)崿F(xiàn)智能化，其中就會(huì)包含比較多的功能，而這些功能中的絕大部分其實(shí)就是通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而且，工業(yè)生產(chǎn)在進(jìn)行智能化的發(fā)展之后，只需要植入一塊穩(wěn)定的模板就能夠完成后續(xù)的諸多控制工作，因此，在后期的發(fā)展過(guò)程中，要使得計(jì)算機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍變得更加廣泛[6]，這一點(diǎn)有利于后期的智能化發(fā)展。

(二)工業(yè)生產(chǎn)的無(wú)線化

所謂工業(yè)生產(chǎn)的無(wú)線化，其實(shí)就是在計(jì)算機(jī)在實(shí)際使用的過(guò)程中不斷地被推廣和使用，但是這一發(fā)展趨勢(shì)卻受到了一定的限制，因此，這一發(fā)展趨勢(shì)其實(shí)是受到一定影響的。工業(yè)生產(chǎn)的無(wú)線化的要求是比較高的，因此，工業(yè)生產(chǎn)自身的要求也要不斷地進(jìn)行提升，但同時(shí)這項(xiàng)技術(shù)所消耗的資源一定要更低，生產(chǎn)環(huán)境也要更加安全，只有這樣才能使得計(jì)算機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用更加深化，也最終才能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的無(wú)線化。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，就是目前為止對(duì)于計(jì)算機(jī)在工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用的相關(guān)研究和分析了，從文中敘述的內(nèi)容中可以發(fā)現(xiàn)，工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中一定是越來(lái)越重要的，計(jì)算機(jī)在其中也會(huì)變得更加重要，但是在實(shí)際的發(fā)展過(guò)程中，相關(guān)的工作人員要做好優(yōu)化和完善工作，只有這樣才能使得計(jì)算機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用變得更加廣泛和熟練，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)未來(lái)的發(fā)展也能夠起到比較重要的促進(jìn)意義。