计算机控制在工业自动化控制中的应用

摘要： 工业企业实现自动化，对于降低人员的劳动强度，减少企业的批量生产成本，具有重要的作用。本文首先对计算机控制系统进行概述，并对计算机控制系统的工作原理进行简介，然后以钻探工业中计算机控制系统的应用为例，探讨了计算机控制在工业自动化控制中的应用。

Abstract： The automation of industrial enterprise has significant effect to reduce the intensity of staff labor and the production cost of enterprises. This paper expounds the computer control system and introduces the working principle of computer control. And then， it takes the computer control system in drilling industry as the example to discuss the application of computer control in industrial automatic control.

关键词： 计算机控制；自动化；上位机

Key words： computer control；automatic；upper computer

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）01-0051-02

0 引言

在计算机技术不断发展完善的今天，各行各业要想提高生产效率、提高人员办公效率，均离不开计算机。目前，各行各业均有自己的专业计算机技术，工业自动化领域，也离不开计算机控制技术。计算机控制技术的不断发展与完善，提高了我国工业自动化的覆盖面，也提升了相关工业企业的生产效率，为企业创造了利润。计算机控制是一项复杂的技术，本文对相关技术仅作简单探讨，主要研究计算机控制在工业自动化控制中的应用。

1 计算机控制系统概述

计算机控制系统的出现，是由于计算机技术与自动控制技术的相融合而产生的。计算机控制系统就是用计算机来实现自动控制系统中的控制器的功能。

整个系统包括硬件系统、控制算法和上位机软件系统。硬件系统主要就是计算机和各种通讯装备。此系统利用计算机的高速度的处理与分析能力，快速而又准确的执行力参与控制，并对一些控制对象实施控制，进而完成一定的控制目的。在计算机进行控制时，需要使用一些辅助部件，主要有输入输出接口、检测单元和执行单元等。控制算法部分主要是为装备的自动控制制定策略，使装备能够按照指定的控制命令执行动作。上位机软件的开发，目的是为了完成人机的交互、建立工程数据库，实现对工程参数的实时在线监控、生成数据报表以及实现对工况的异常情况进行报警，上位机软件最重要的功能是能够进行编程，数据处理和控制输出。

计算机控制系统运行时，需要与辅助部件还有被控对象进行相互通信，一般通信方式有两种：即无线通讯方式和有线通讯方式。计算机控制系统的控制目的主要有两个大的方面，首先是对被控对象的状态或者运动过程进行控制，以达到某种目的，其次是实现对整个被控对象进行合理控制，进而实现某一最优化的目标。

2 计算机控制系统工作原理

计算机控制系统主要由两部分组成：硬件部分和软件部分。要想实现计算机对被控制目标的有效控制，需要采用专门的数字——模拟量转换设备和模拟量——数字转换设备。

由于工业自动化过程中的控制一般都是采取即时控制的方式，许多控制过程对计算机的运行速度要求并不高，但是对计算机的可靠性要求非常高，必须做到响应及时。

计算机控制系统主要有如下三个过程组成的过程实现控制目的。首先，需要对被控制目标的瞬时值进行检测进而实现对实时数据进行采集，然后输入给工业控制计算机。然后，即是实时决策过程。这一步需要专门的应用软件对采集到的能够被控对象相关参数的状态量进行计算分析，然后按照已经计划好的控制规律制定并执行下一步的控制过程。最后，实时控制系统依据相关决策，按照任务执行机构的作用，借助发射出的控制信号分配执行任务并控制相应的执行动作，然后完成控制任务。

上述三个控制过程不断的循环往复，保证整个系统能够按照相应的品质指标自动的进行工作，而且能够对被控制对象和控制设备本身的异常情况及时进行处理。

3 计算机控制系统在工业自动化中的应用

钻机作为钻探工业施工作业的主要装备，如果引入工业计算机控制系统，能够实现对钻机钻探作业时的参数进行随时观测，进而采取一系列措施控制钻机运行，实现钻机的自动化作业，使钻探效果更好。本节将从钻机钻探作业时的计算机控制系统的硬件组成、控制算法的设计以及上位机系统的开发等几个方面综合介绍应用于钻探工业中的计算机控制系统。

3.1 钻机系统功能与组成 本文计算机控制系统控制的钻机为全液压驱动方式，钻机除了具备普通钻机的液压给进、回转功能之外，还具备顶驱冲击、动力感触钻探、静力感触钻探等功能。钻机主要有进油缸、回转马达、钻杆拧卸装置、桅杆、卷扬机以及泥浆泵等。在钻机的控制部分，主要由计算机控制系统负责对钻进参数的收集与钻机给进系统的控制。计算机控制的核心——工控机安装在运载车上的专用的操控站房内，操作人员在操控站房内实时对钻机的各项性能进行观测，并对钻机实现控制。

3.2 控制系统总体硬件设计 钻机钻探作业中的计算机控制系统的硬件主要有检测控制部分、钻进参数检测单元、钻机自动控制单元。

在钻机钻探工业中，计算机控制系统采用的是两级分布式控制结构，第一级为上位机，采用性能稳定的工控机，其抗干扰能力强，能应用于各种生产条件恶劣、情况变化复杂、干扰源多的环境，在钻探工业中，更是需要这样的工控机。系统的第二级为下位机。主要有各种数据采集传感器、信号变送器、接近开关以及光电编码器对钻探作业中的压力、钻杆扭矩、钻杆回转速度、钻进深度等数据进行采集；利用可编程的逻辑控制器及其关联不见实现对各种钻进参数的信号的采集处理和信号输出控制，进而实现对整个钻机钻进系统的自动控制。

3.3 控制算法的设计 本节研究的钻机为全液压方式驱动，给进系统采用的是先导式比例溢流阀对进油缸的给进力进行控制，回转系统采用的是电控比例变量泵对液压马达的流量进行控制，进而实现对回转速度的控制。要想实现对钻机的有效控制，达到钻机自动化作业的目的，需要采取增量式PID控制算法。

3.4 上位机系统的开发 钻机钻探工业中，要想实现对钻机的控制，达到自动化的目的，上位机系统的开发是十分重要的步骤。工业控制领域的上位机系统，目前广泛使用的是组态软件。

组态软件主要应具备如下功能：能够实时传输设备运行画面，能够使专业的操控人员随时随地的掌控设备的运行状态，对工程细节、监测参数、现场数据、趋势预测曲线、数据报表、操作记录和报警情况进行实时了解，而且还应具备对装置设备的控制操作。设备的启动、停止以及参数的调节等控制操作均能通过上位机软件完成，最重要的是上位机软件还应具备脚本编程能力，进行数据处理和运行策略的设计。

4 总结

计算机控制系统以其强大的功能，在工业自动化控制领域显得愈发重要，目前已经大举取代原有的PLC（可编程控制器）在工业自动化领域的地位。计算机控制系统在工业自动化领域的应用，目前正在大范围的扩展，对我国经济社会的建设做出了巨大贡献。工业行业实现自动化运行，能极大地减少工作人员的数量，同时减少不达标产品和不达标操作的出现，降低企业的生产成本，提高企业的运行效率。

参考文献：

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