淺析計算機控制技術在自動化生產線的應用

摘 要：計算機控制技術是一門由微機原理、控制理論、通信原理、軟硬件開發技術等多學科專業知識交叉形成的綜合性科學技術，自動化生產線是由自動化設備組合而成的能夠自動完成產品制造的生產系統。將計算機控制技術應用于自動化生產線中不僅能夠提高產品制造的質量和效率，而且能夠提高自動化生產線的管理水平。因此，研究計算機控制技術在自動化生產線中的應用對于提高產品的制造管理水平有十分重要的意義。

關鍵詞：計算機控制技術；自動化生產線；自動化生產設備；自動控制系統

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.108

1 前言

隨著計算機技術的不斷發展和我國工業化進程的不斷推進，制造裝備的智能化水平不斷提高，傳統的制造行業正面臨著新的發展機遇。將計算機控制技術應用于自動化生產線，提高了產品制造的自動化水平，不僅有利于提高產品的質量和制造效率，而且也有利于提高自動化生產線的管理水平。目前，為提高制造業的競爭力，世界各發達國家都越來越重視計算機控制技術在制造行業自動化生產線中的應用研究。針對這樣的生產需求和技術現狀，本文將主要研究計算機控制技術在自動化生產線中的應用。

2 計算機控制技術及自動化技術的基本概念

計算機控制技術是一門由微機理論、經典控制理論、現代控制理論、硬件開發技術、軟件開發技術、通信原理、網絡技術、系統工程等多個專業門類組合形成的綜合性的交叉學科。典型的計算機控制系統一般以ISA/PCI總線工控機或IBM-PC微機作為控制核心，以各種輸入輸出裝置、外部存儲裝置為外圍電路，借助各種檢測傳感器和伺服電機等執行裝置，最終實現對被控對象的控制功能。控制單元和被控對象之間可以通過電纜等有線方式傳輸信號，也可以通過無線電、紅外線等無線信號實現信息交互。軟件是計算機控制系統的重要組成部分，由底層系統軟件和上層用于完成各種具體功能的應用軟件組成。根據控制方式的不同，以計算機為核心的自動控制系統分為閉環控制系統和半閉環控制系統。閉環的計算機控制系統連續不間斷的采集被控對象的狀態信號，并以一定的方式進行數據處理，最終輸出控制信號達到全自動的控制目的；半閉環的計算機控制系統在完成所采集數據的初步分析之后向操作者提供控制信息，由操作者作出最終決策。

最初自動化的概念是使用機器來代替人的具體勞動自動地實現工業生產作業，目前自動化概念已更加廣義化，不單單是使用機器機械的代替人簡單的體力勞動，還承擔代替人完成全部或一部分的腦力勞動，從而達到全自動的完成指定的生產作業任務。從制造的角度而言，自動化技術涵蓋代替人完成機械勞動、代替人完成全部或部分的腦力勞動、自動管理并優化整個機械制造系統三個層次的內容。自動化生產線是制造領域的概念，由傳送系統和控制系統兩大部分組成，控制一系列機床或其他生產設備按照制定的工藝步驟完成產品的全自動或半自動生產。自動化生產線的傳送系統分為上下料設備、傳送設備、儲料設備，根據具體的生產任務選用具體的設備類型，以機加工生產線為例，一般由工件自檢裝置、自動換刀裝置、自動冷卻裝置等組成。自動化生產線的控制系統不僅負責控制組成生產線的各部分協調工作，而且負責生產線故障的監測和排除。

3 計算機控制系統的應用類型和發展趨勢

根據控制需求的不同，計算機控制系統分為數據采集系統、直接數字控制系統、監督控制系統、分級控制系統DCS、現場總線控制系統五種類型。數據采集系統是最初級的計算機控制系統，計算機在該系統中主要承擔數據采集和數據處理任務，包括各種生產變量的實時檢測、處理、記錄和分析，并向操作者反饋處理結果，不承擔生產線的自動控制功能。直接數字控制系統中的計算機直接控制被控對象，這種系統的特點是不直接處理模擬信號，而是將信號完成AD/DA轉換后實現控制功能。監督控制系統在直接數字控制系統上集成了管理功能，是一種較高級的計算機控制系統。現場總線控制系統是一種分布式的控制系統，克服了以往分級控制系統DCS由于通信標準不統一而不能實現網絡互連的問題。

計算機控制技術首先起源于上世紀四十年代美國福特公司未描述發動機工作的自動化需求，隨著上世紀五六十年代經典控制理論和現代控制理論的發展，依次出現了以單變量和多變量為控制對象的自動控制系統，后來隨著計算機技術、通信技術的發展，在以往自動控制系統的基礎上形成了高級的計算機控制系統，能夠完成生產過程的最優控制功能。現階段，微機技術和電子技術仍然保持著高速發展態勢，計算機的控制性能每兩年就能增加一個數量級。目前的計算機控制技術正在向智能化、網絡化和高度集成化方向發展，低成本的工控機將成為工業領域計算機控制系統的核心，DCS系統將向小型化、多樣化的方向發展，現場總線仍將是計算機控制系統在將來一段時間內最有前途的發展方向之一。

4 計算機控制技術在自動化生產線中的應用

在機械制造領域，將計算機控制技術應用于自動化生產線中形成柔性制造系統。柔性制造系統是基于機械自動化和計算機控制技術發展而來的一種自動化程度很高的機械制造系統，與一般的自動化生產線類似，也由上層控制單元、物料搬運單元、與生產相關的數控加工裝置構成，是機械自動化技術在機械制造領域的一種應用。柔性制造系統的突出的優點是可以根據外部生產環境的變化實現有針對性的自動調整，此外，也能根據客戶的獨特需求靈活調整生產線各部分的組成，以達到為客戶提供個性化產品制造服務的目的。柔性制造系統特別適合用于機械產品的多品種、小批量生產。柔性自動生產線是柔性制造系統的一種具體形式，不僅包括普通的數控機床和CNC加工中心，還包括專用機床和自動運輸裝置。

現場總線是近些年來發展起來的一種計算機控制技術，在自動化生產線中承擔數據通信功能，是當今自動化生產線廣泛采用的一種通信形式。現場總線技術在自動化生產線的各測量儀器儀表中植入微型處理器，利用雙絞線或無線電將所有設備連接形成網絡系統，每個設備作為整個通信網絡的一個節點，所有生產設備遵循統一的通信協議，實現數據的實時采集和處理。現場總線在各設備之間的通信和信息實時顯示方面具有較大的優勢，便于實現分散控制，具有靈活性和開放性，能將新加入到生產線中的設備通過預留的通信接口集成到整個通信網絡之中。現場總線也有很強的互用性，來自不同制造商的性能相似的生產設備能夠互相替換。此外，現場總線還具備很強的功能自治性，在現場總線的作用下，計算機能夠實時預測和分析自動化生產線的故障，并及時做出具有針對性的應對決策。endprint

在計算機集成制造系統CIMS方面，計算機控制技術不僅具備一般自動化生產線的技術功能，還具備經營功能。計算機集成制造系統CIMS將信息管理技術融入到柔性制造系統之中，不僅包括傳統的自動制造單元、數據通訊單元，還集成了信息管理單元、工程設計單元、質量保證單元和數據庫單元。計算機集成制造系統是一種高級的自動化生產線，把整個產品制造流程視為一個統一的整體，把產品制造所涉及的生產者、制造技術、經營理念三個要素和信息流和物質流相統一，最終實現提高產品質量、降低制造投入、提高制造效率的目的。計算機集成制造系統CIMS實現了生產過程控制和生產管理的有機結合，實現了生產制造的精密化、設備管理的信息化和生產制造的自動化，有利于實現工廠和企業的全面自動化管理，是一種十分有發展潛力的自動化生產線。

5 結論與展望

綜上所述，將計算機控制技術應用在自動化生產線中有助于提高我國制造業的生產管理水平。本文在介紹計算機控制技術及自動化技術的基本概念，概述了計算機控制系統的應用類型，并簡要介紹了計算機控制技術的發展趨勢，最后以柔性制造系統、計算機集成制造系統和現場總線為例重點介紹了計算機控制技術在自動化生產線中的具體應用，對計算機控制技術在制造業中的進一步普及和自動化生產線自動化水平的提高可以起到一定的促進作用。

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作者簡介：鄭峰（1968-），男，重慶忠縣人，本科，副教授，主要研究方向：電氣工程、自動化、機電一體化方向。endprint