計算機自動控制技術在工業生產現場的應用

　　摘 要：近年來計算機自動控制技術在我國工業中的發展非常迅速。我國的許多大型企業、工廠由于在80、90年代引入國外生產設備和生產線，雖然擴大了生產能力，實現了生產自動化，但對生產中的數據采集和自動控制能力日益提出了新的要求。因此，針對不同企業的要求和情況，將最新的計算機自動控制技術引入到工業生產過程中，是計算機工作人員義不容辭的責任。本文采用比較簡單易懂的語言，通過介紹2個有代表性的本人曾親身參與工作的項目，說明在工業現場環境中，如何引入計算機和自動控制技術，完成工業生產中各種預測和控制要求。本文旨在向一般工程技術人員詳細介紹計算機自動控制的工作方法和應用，使他們了解這方面的內容，故沒有介紹這兩個項目的控制系統中復雜的硬件設計和軟件技術。
　　關鍵詞：計算機自動控制；工業生產；發動機試驗；稱重控制；傳感器；條碼；上位機
　　
　　一、引言
　　
　　近年來，在各個大中型企業的生產過程中，現已廣泛采用計算機控制技術，實現對工業生產過程的檢測、控制、優化、調度、管理和決策，達到提高產品品質和產量、確保安全、提高生產率的目的。控制理論、儀器儀表、計算機和其它信息技術的應用，極大地推進了計算機自動控制技術的發展。自動控制理論與計算機信息科學的緊密結合，給工業生產過程帶來了新的技術革新。
　　在各個工業現場中，計算機自動控制技術的應用十分活躍。計算機技術、網絡技術、工業控制技術可以應用于幾乎所有的工廠、生產車間、生產線上。比如發動機廠、汽車制造廠、發電廠、鋼鐵廠、印鈔廠等等。
　　但是，工業現場不同于事業單位的辦公室或其他場所，那里一般環境比較惡劣，有著強磁場、幾千伏高壓電、粉塵以及強烈的噪音等，這就要求工業現場的計算機控制系統具有更好的性能，更強的抗干擾能力。而且由于在工業現場，經常涉及到價值幾十萬到幾千萬的設備，這就要求整套計算機自動控制系統有不同于辦公室電腦的高可靠性(如連續無故障工作20000小時)，否則會造成極大的經濟損失。
　　由此工業控制技術和工業控制計算機應運而生，這是一種特殊的更適合于在工業環境中工作，有許多模擬量和開關量信號輸入和輸出，并完成類似數據采集、生產控制等功能的，具有高可靠性、高抗干擾能力、高精度的集成計算機系統。
　　本文以自己在省計算機公司工作時參加的兩個工業控制項目為例，分析計算機自動控制技術在工業現場中的應用。
　　
　　二、發動機試驗的計算機自動控制
　　
　　在高速發動機制造工業中，設計和實驗出一款具有高生產力、能夠自動獲得數據的試驗能力、高通用性的柴油或汽油發動機，成為了一個十分重要的問題。由計算機自動控制系統監控的試驗控制器，就是特意為這種目的而發展起來的一個最新控制裝置。基本上這種控制器規定安裝在靠近測試網或熱機試驗臺的地方，監督熱機工作。當要試驗多臺不同型號的發動機時，中心計算機可與幾臺發動機連接，以取得發動機的特性和收集有關的數據資料。
　　試驗控制器的主要部件是一臺(或幾臺)微型計算機，配有幾個印制板電路用于收集輸入信號和輸出控制，它們和一個(或幾個)試驗臺相連。計算機編好程序，將發動機所要進行的試驗的每一步，按照正確的步驟進行控制，并將試驗所得的結果數據進行分析。計算機控制實驗過程和校正實驗數據的方法可以自動或手動完成。手動方法大致是，計算機在屏幕上顯示出對指定發動機手工調整的指令，并根據指令和試驗所傳回來的信號，顯示出各項正在調整中的性能數值。
　　計算機監控試驗控制器的主要用途是作為整個試驗系統的控制部件。每一臺發動機試驗系統，應包括有把發動機快速移進試驗臺、連接好必要的輔助接頭的裝置，以及自動把傳動軸與測功器準確校正連接起來的設備。這一切都是為了提高試驗效率和減少試驗時間。試驗控制器的自動校準能力，可以為在復合式試驗臺中測量發動機的性能制定出統一的標準。
　　當試驗控制器作為整個系統的一部分使用時，它起著多種作用。這取決于不同發動機的特性及用戶不同的標準試驗過程。在大部分試驗過程中，一系列調整需要由操作者來手動完成。但是這些調整指令是根據預先的設計，由計算機預先編制成程序，當試驗時在顯示器上顯示出來，以幫助操作者迅速、有效和準確地進行試驗。當發動機以不同轉速在不同負荷下運轉時，控制器的任務是記錄試驗過程和發動機性能數據。計算機則在這個過程中按指令操縱發動機，并將同一時刻由各種傳感器傳回來的電信號換算成相應的讀數并記錄下來。
　　從功能中上說，計算機監控試驗控制器系統的能力是減少確定一臺發動機是否合乎標準所需的時間。發動機操作條件的穩定性和發動機性能的動向，用計算機監察比操作者監視控制盤是快得多。計算機可以大大地減少確定一臺發動機質量所需的時間。
　　將試驗中取得的發動機性能數據打印并保存起來，也是生產過程中必需的，這些要求都可以由計算機來完成，這些數據作為將來維修或報廢的依據。
　　由幾套計算機和試驗臺所構成的計算機自動控制網絡系統可用于控制幾套試驗臺同時工作。其特點是每個試驗臺都有各自單獨的計算機，每臺計算機都與中心計算機連接。如果試驗控制器的任何一部分因故障暫時中斷工作，則只有一個試驗臺受影響，因為每個試驗臺的控制和監督都是由單獨的計算機完成的。試驗控制器可用于現有試驗臺的現代化，或成為整個新的試驗系統的一部分。每個試驗臺要有一個控制臺。儀器是按標準設計的。設計中有若干套印制板電路用來適應用戶不同的要求。
　　試驗臺的計算機自動控制網絡系統是計算機在工業中的一個典型的應用，目前已在我國得到廣泛使用。總之，所有的努力都是為了提高自動化的程度，以使每個工業設備能夠發揮100%的生產力。
　　
　　三、核燃料廠的HRL微機控制稱重系統
　　
　　HRL微機控制稱重系統，是給中國宜賓核燃料廠四車間稱重裝置開發的一套完整的計算機自動監測和控制系統。本系統具有設置稱重、實時控制稱重與數據采集、數據處理、報表打印、文件處理等多項功能。它能夠實時監視和控制現場稱重與核燃料裝管，顯示稱重情況，測量稱重數據，并隨時對工作中的異常情況作出報警，以便工作人員處理，另外，還能輸入各種如放行號、芯塊批號等信息，作日報表以備存檔。
　　該廠編號為814廠，是制造提供給核電廠原子發應堆的原材料----芯管裝核燃料和其他核產品的國家重量級工廠。在四車間，有一套完整的生產線，用于將核燃料裝管。其中，有3個工作臺，在其上將核燃料裝管、貼上條碼、并稱重。由微機控制稱重系統完成裝管控制，讀條碼，稱空管和毛管的重量，傳輸回中心計算機并處理數據等工作。
　　HRL微機控制稱重系統包括二層網絡結構，其低層是現場總線將數據采集、設備控制、以及工控機的遠程I/O點連接在一起的設備層、上層是將PLC可編程控制器、工控機以及操作員界面連接在一起的控制層，完成管理和信息服務任務。
　　整套系統完整的裝管控制和數據收集過程為：
　　首先，操作人員打開上位機，運行軟件，屏幕出現歡迎畫面；操作人員首先進入信息輸入設置窗口，依次根據屏幕格式輸入QC放行單號、與此放行號相對應的包殼管最大序號與最小序號(如今天操作300根，則為第1根，…，第300根)，及操作者和代班長；再進入實時控制窗口，屏幕上主菜單消失，出現實時稱重工況圖，并開始實時控制稱重過程。
　　讓許多芯管依次上1#空管臺，系統讀取稱臺上空管的條碼，稱出空管的重量，若這兩種操作因故障無法完成，系統就會反復作這種操作，并不發出下稱臺信號，則空管下不了稱臺，此時就要由工作人員來處理，排除故障。如果一切順利，則立即發出下稱臺信號。
　　
　　這些管子再上2#裝管臺，在計算機“允許裝管”控制開關打開后，一支一支上臺裝管并讀出條碼，通常18支為一批，構成該批芯管，一批芯管操作完畢后，計算機會關閉“允許裝管”開關并提示要求操作人員輸入此時裝管的芯塊批號。完成后再重新打開“允許裝管”開關，進行下一批芯管的裝管工作。
　　管子再隨著生產線一支一支地上3#滿管臺，由系統完成稱重和讀條碼。其工作過程和1#臺類似。
　　稱重和裝管過程中，若1#臺，2#臺，3#臺的光電開關有信號，說明有故障，則系統立即處理并報警。
　　計算機上位機除了完成稱重控制外，還有數據處理、數據備份、報表輸出等功能。
　　在裝管過程中，計算機的屏幕上顯示出當前工作情況—“工況圖”。“工況圖”上對稱重情況作了比較詳細、直觀和實時的描述。圖的上部是表示當前各臺的工作情況。下部以“序號、批號、棒號、空管重量、棒重量、芯塊重量”五個數據描述最近所裝完、稱完的管子的情況，最多可顯示10個管子。
　　該控制系統實際運行結果表明，系統人機界面良好，運行穩定，系統可靠性高。精度可達到0.1%，其中傳感器精度為0.05%，并通過了計量部門的標定。
　　
　　四、結論
　　
　　計算機自動控制系統大致由上位機、終端控制設備、傳感器等組成。根據不同生產現場的控制要求，設計者先編制出含有信號檢測、數據處理、過程控制等內容的管理程序軟件，存儲于計算機中，再在實際生產過程中，由計算機根據軟件收集由終端控制設備傳來的各種模擬量和數字量信號，經計算后給終端控制系統發出控制電信號。終端控制設備向上位機輸送檢測信息，根據上位機的指令輸出控制信號，使電器機械設備執行動作，實現實際控制要求。
　　計算機自動控制技術作為一門日新月異的先進技術，其提供的整套數據采集和自動控制系統以高可靠性、易用性方便了工業現場的使用。在其基礎上發展起來的網絡化和現場總線技術又進一步促進了工業自動化的發展。計算機自動控制技術建立的系統可以顯著提高企業的生產效益，使企業得以實現深層次的信息化，是目前滿足我國工業自動化改造與創新發展的一個強大的動力。
　　 作者單位：四川師范大學信息技術學院
　　
　　參考文獻:
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