工业自动化控制中计算机控制技术的应用路径研究

吴高杰

摘 要：伴随着时代的进步和科技的发展，工业生产已经逐渐摆脱了以人力、机器为主力的生产方式，实现了自动化和智能化产，减少了人力的工作量，也减少了生产成本，提高了生产效益。计算机技术和网络技术是实现现代化工业生产的技术保障，它在有效提高业生产效率的同时，也为工业的自动化和智能化发展奠定了基础。该文在简单概述自动化技术和计算机控制技术的基础上，分析了计算机控制系统的工作原理以及运用的特点，并重点论述了工业自动化控制中计算机控制技术的运用。

关键词：工业自动化控制 计算机控制技术 应用路径 网络技术

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）10（a）-0132-02

在市场经济快速发展的今天，工业企业面临着巨大的市场竞争，因此，对于工业制造企业而言，如何在确保产品质量的基础上，最大限度提高企业生产效率，已经逐渐成为了工业制造企业所普遍面临的难题。工业自化已经成为了行业发展的趋势，而计算机控制技术则在其中发挥着重要的作用，NC、PLC等先进技术的使用成为了计算机控制系统在工业自动化控制中应用的键，其自身的发展也逐渐向着精密化、灵活化、开放化的方向发展。

1 工业自动化技术概述

石油、石化、建材、冶金等都属于工业生产，它所涵盖的范围广泛，可以是指一台生产的设备或是一条生产线，也可以指一间厂或是一家企业。在工业制造行业中，工业自动化技术指的是一项综合性技术，它强调的是在综合利用计算机技术、电子设备、控制理论以及相关的仪器仪表的基础上，实现对工业生产制造全过程的动态化、智能化监测和控制。在这个过程中，实现对生产工艺的优化、生产资料的合理配置，并为决策者的决策行动提供参考，其最终目的是提高产品质量和生产效率，降低生产消耗和成本，减少对环境的污染。

总体而言，工业自动化技术包含了三个部分，分别是硬件系统、软件系统和系统技术。硬件系统中包含了各项控制设备和仪器，以及执行命令的执行器等。系统技术则包含了各项集成技术，具体包括硬件集成技术、软件集成技术、软件和硬件集成技术等。而各类软件则属于软件系统，在工业自动化系统中，包括了管理软件、控制软件和测量软件等。这三个部分的内司其职，又相互配合，共同实现了工业的自动化生产和控制。将自动化技术应用于工业生产制造行业，对提高企业员工素质、提高企业生产制造能力具有重要意义，同时，这也是优化工业行业产业结构，避免“三高”的重要举措。

2 计算机控制技术概述

计算机控制技术质是以计算机技术为核心的一项技术，其主要的目标是采集和控制生产过程中的各项参数，并以计算机硬件系统为依托，利用相应的控制软件，实现对工业生产过程的自动化控制。换而言之，工业自动化控制系统的实现需要以计算机控制系统为基础。如图1为计算机控制系统硬件系统结构示意图。

计算机控制系统由软件控制算法、硬件系统和上位机操控软件三个部分构成。在这个系统中，计算机拥有高速的计算能力和数据处理能力，因此被运用于各项命令的执行，通过对被控对象的控制，达到工业自动化控制的目的。事实上，从很大程度上来说，对计算机的控制也需要借助一些辅助部件。上位机操控软件的主要作用是现人机的交互，其最大的作用在于实现程序和数据的输入和输出，同时承担数据库构建的任务，以便于实现对工业生产过程的控制，在发现异常状况时能够发出警报。在辅助工业控制系统运行过程中，计算机控制系统需要进行经常性的信息交互，通常情况下，信息交互能够采用有线通讯和无线通讯两种方式。总而言之，计算机控制系统的要目的一方面在于实现对运动过程的控制；另一方面是实现被操控对象的优化。

3 计算机控制系统的工作原理

硬件系统和软件系统是计算机控制系统两个重要组成部分，要想实现计算机控制系统的控制功能，需要采取专门的数字、模拟转换设备。

在实际工业自动化控制过程中，通常会采用实时控制方式，大多数控制过程计算机运行的可靠性要求较高，但是对其运算速度并无硬性要求，只强调其必须能够响应及时。计算机控制系统实现工业自动化控制的工作原理主要分为三个步骤：第一，数据采集。通过对被控制目标的瞬时值进行检测，实现对相关数据的收集，随后将相关数据传输至工业自动化控制计算机中。第二，实时决策。通过计算机中的特定软件，对所采集到的数据的状态进行计算和分析，根据预定的控制规则，执行下一步控制计划。第三，完成控制任务。计算机所做出的决策会发送给控制系统，控制系统以控制信号为依据，对相关任务进行分配，并执行相关的控制动作，完成自动化控制的任务。在实际控制工作中，三个控制过程不断重复循环，确保系统能够按照相应的要求进行工作，且能够处理一些设备自身和控制对象的异常情况。

4 工业自动化控制中计算机控制技术的运用

工业生产过程中，计算机控制技术在自动化控制系统中的应用路径可从数字控制、可编程逻辑控制器、分布式控制系统、计算机传感器等五个方面进行分析。

4.1 数字控制

数字控制（NC）是自动化方法的一种，指的是借助符号和数字等对工业生产过程进行编程控制，因此，也简称为“数控”。要实现数字控制，需借助专门的计算机设备，将操作命令以数字的状态发送给设备，使得设备能够依据原先设计好的程序运行。在数字控制系统中软件技术是核心和关键所在，对设备的自动化控制具有重要影响，良好的数字控制技术是提高设备自动化运行能力的重点。在诊断设备故障和设备维修的过程中，数字控制能够诊断出AI故障，运用计算机网络技术，还可实现远程诊断和远程监控。另外，通过已建立的数据库功能，还可对系统进行检修和维护，修复相关故障，并在漏洞扩大之前实现零件的更换，最大限度提高数控系统的安全性、可靠性和稳定性。

4.2 可编程逻辑控制器

可编程逻辑控制器（PLC）从本质上而言是一台计算机，其主要是为工业生产而专门研发的。数字运算操作是其基础性工作，而编程存储器则是其核心，模型和数字是其输入或输出的主要方式，通过这种数字或模型的输入和输出实现对工业生产过程和机械设备的自动化控制。可编程逻辑控制器在被运用于工业生产制造后，其工作内容也被分为个部分，主要是数据采集和输入、命令程序的执行、结果的输出和刷新，这三部分的工作内容共同形成了一个扫描周期。可编程逻辑控制器工业自动化控制中的使用较为广泛，归根结底是因为其自身在性能方面拥有诸多优势。首先，它具有使用便捷、操作简单的特点。其次，它的功能较为强大，设施设备齐全，表现出良好的性价比。再次，它的运行可靠性高，能够适应各种不同的生产制造环境，且抗干扰能力强。最后，它具有维护和检修方便的特点，能够实现相关程序的在线修改。

4.3 分布式控制系统

工业自动化控制系统中分布式控制系统从本质和功能上来讲，就是一个中型的计算机控制系统。这个分布式的控制系统，能够通过计算机技术实现对生产过程中相关数据的收集、处理和分析，进而实现对生产过程的控制。这种多级计算机控制系统的运用是以计算机运行速度的提高和微型计算机的使用为基础的，它的出现使得自动化技术中计算机控制技术的使用更加科学可靠，其出现和发展与计算机技术的发展有着密不可分的联系。集散型计算机控制系统的主要工作则是实现对自动化生产工程中相关数据的分析，并将分析所得信息反馈给计算机，在这个分析和反馈的过程中，中央计算机只负责系统的集中管理和分散控制工作，使得工业自动化控制系统工作的可靠性大大增强。场控器是分布式控制系统的基础，通常情况下场控器中包含了I/0部件，通过该部件分布式控制系统可实现对数据的采集和控制、执行，再经由人机接口，实现执行命令的发布，再通过网络通讯设备，实现对数据信息的传递。在现场控制器中，又包含了控制回路等，回路控制中的相关算法预先存储于运行内存中，在实际操作中，能够依据自动控制需求，进行组态。

4.4 计算机传感器

在工业自动化控制中计算机控制技术的运用和实现需要依赖于网络通信技术、软件技术和传感设备的支持，在这其中传感设备发挥了至关重要的作用，它是实现工业自动化控制中自动化监测的重要条件。传感设备具有数字化、智能化、系统化和精密化的特点，其相关性能从某种程度上来说决定着工业企业自动化生产的产品的品质。计算机控制系统通过传感器的使用，实现对相关数据信息的收集和整理，进而获取设备运行的状态信息，实现对设备各项参数的动态化监测和控制，确保自动化控制设备运行状态安全，最终达到提高工业产品质量的目的。现阶段，计算机传感器的使用正处于发展阶段，在未来的发展过程中，其运行的可靠性和精确性都将得到有效的提高，最终向着更高级的智能化和更低的能源消耗方向发展，其综合性能将得到大大提升。

4.5 自动化生产中的现场总线应用

现场总线指的是数字化通信的检测和控制系统，其被广泛运用于工业自动化制造行业中。现场总线拥有专门的处理器，将这个处理器与测量控制器连接后，可实现计算和通信的能力。它使用双绞线作为通信的媒介，能够实现计算机网络与测量控制器的多个对等连接，自动化生产的现场总线能够将分散的测量控制器变成网络探测的节点，实现联机式的自动控制。现场总线的使用为自动控制设备和系统之间的信息交互和数据分析提供了保障，再通过计算机网络的作用，能够第一时间发现设备运行的异常状况，并实现异常状况的及时排除，使得工业企业的自动化生产过程中信息沟通更加便捷。现场总线在信息交互、数据更新和信息显示等方面都表现出了强大的优势，因此，在自动化技术未来的发展中，现场总线技术的使用是其必然的发展趋势。

5 计算机控制系统的应用特点

计算机控制技术在工业生产领域使用广泛，其运用涉及到网络通讯技术、传感技术、控制软件、自动控制技术等。近些年来，伴随着计算机技术和工业产业的发展，工业自动化控制中计算机控制技术的应用水平越来越高，其科技含量也越来越高，有效加快了企业的现代化进程，其应用的优势主要表现在以下几个方面：

（1）开放性特点。相对而言计算机自动化控制系统具有公开性和开放性的特点，其开放性特点主要表现在能够实现所有设备和系统的连接，确保各项设备正常运转。在实际操作中，工业企业可根据自身的实际需求，选择接入的系统和设备，表现出极大的灵活性和便捷性。

（2）交互性和可操作性特点。计算机控制系统中的各项设备能够相互连接，共同构成一个数据传递的系统，因此，在这个系统中各项设备是可以相互替换和代替的。

（3）智能化特点。计算机控制下的自动化系统的总线具有智能化的特点，现场总线通过传感设备，能够实现对现场各设备的分析和监控，并在此基础上，实现对设备的自动化控制，确保其能够实时监测设备运行状态，及时处理系统故障。

（4）精确性高。相对于一般调节器而言，计算机控制系统具有超强的数值运算能力，能够最大限度缩小和控制偏差，确保其控制精度不会受到元件老化、噪音等因素的影响。

6 结语

总之，工业企业的自动化生产是一个复杂的过程，尤其是在这其中还掺杂了许多大型设备和先进技术的使用，大大增加了自动控制的难度。计算机技术在工业自动化控制中的使用，为其提供了强有力的技术支持，为其进步和发展奠定了基础，也为企业进一步降低生产成本，提高生产效率提供了可能。在未来的发展过程中，必须加强对计算机控制技术的研究，除了不断完善现有的技术之外，还应该加强对新技术的研发，使计算机控制技术能够更好地服务于工业自动化控制技术，促使我国工业产业健康、稳定、可持续发展。

参考文献

[1] 张维东.工业自动化控制中计算机控制技术的应用路径思考[J].科技与创新，2015（16）：138.

[2] 杨雷忠，胡石.当代工业自动化控制中微机控制技术的应用[J].城市建设理论研究：电子版，2012（8）.

[3] 苗青林.计算机控制技术在智能建筑自动化应用系统中的作用分析.[J]电子世界，2013（7）：9.

[4] 何港玲.计算机控制在工业自动化控制中的应用[J].价值工程，2015（1）：51-52.

[5] 李岷，孙凤来.工业自动化控制系统中计算机技术的使用分析[J].计算机光盘软件与应用，2014（11）：125-126.

[6] 唐华国.工业自动化控制的现状和发展趋势分析[J].才智，2011（23）：69.

[7] 邓高寿，潘宏侠.PLC在工业自动化控制领域中的应用及发展[J].机械管理开发，2006（3）：99-100.

[8] 于文新，楚书来.计算机控制技术在自动化生产线上的应用[J].煤炭技术，2013（8）：221-222.

[9] 甘能.基于PLC控制技术在工业自动化中的应用研究[J].电子技术与软件工程，2015（6）：159-160.

[10] 胡松楠.工业自动化控制系统中计算机技术的使用[J].中国高新技术企业，2014（1）：35-36.