試論微電子技術在自動化控制中的應用

中國電子科技集團公司第十三研究所 薛源

隨著科學技術水平的不斷提高，各行各業對于自動控制的需求越來越大，再加上不同行業對于自動控制的不同要求，促進自動控制得到了有效的發展。尤其是將微電子技術融入到自動化控制中后，不僅在一定程度上提高了自動控制的精準度，還促進了自動化控制系統的小型化，對自動控制領域的發展具有積極地推動作用。因此，文章對微電子設計自動化技術進行研究，希望其可以在自動控制領域中得到更加廣泛的應用，進而為各行業的相關人員提供工作上的便利。

1 自動化控制概述

社會不斷發展與進步下，自動化控制技術一直在不斷的提升，且在各領域中的應用范圍越來越廣泛，并在不同行業的應用過程中取得了一定的成就，對各個行業的發展與進步具有重要作用[1]。自動化控制其實與人工控制是相對立的，其是不需要人工進行手動操縱控制的，只需要在相關設備中安裝一個控制裝置就可以進行自動的有計劃操縱。但在這個過程中一定要注重反饋控制系統，當控制部分向受控部分發出相應指令時，受控制部分可以及時的將其活動的狀況正確的反饋給控制部分，從而讓控制部分根據受控部分所傳的信息進行及時的活動調整。將微電子技術應用于自動化控制系統中可以發現，原本雜亂無章的線路變的更加整潔有序，控制系統的精確度得到有效提升，而且控制系統體積也在慢慢的縮小，為使用者提供了很大的便利[2]。

2 開發流程

在自動控制過程中，一定要注重反饋控制系統，當控制部分向受控部分發出相應指令時，受控制部分可以及時的將其活動的狀況正確的反饋給控制部分，從而讓控制部分根據受控部分所傳的信息進行及時的活動調整。如圖1所示為自動控制系統框圖。融合了微電子技術的自動控制系統的設計流程分為設計輸入、設計測試、設計數據、設計仿真四個模塊，如圖2所示。

圖1 自動控制系統框圖Fig.1 Block diagram of automatic control system

圖2 設計流程圖Fig.2 Design flow chart

2.1 設計輸入模塊

微電子技術融入自動化控制系統設計時，一般會將想要實現的目標以計算機編程的形式實現，但在編程中不僅要注意每一個控制系統相關功能的體現，還要注重輸入模塊的設計質量，必須保證當控制命令發出時，設備的相關自動化控制系統可以做出相關的反應，保證反饋控制系統中控制單元與受控單元之間可以進行高效的信息反饋和信息執行，當自動化控制系統在接收到反饋信息時，可以及時有效的做出相應的命令動作，以此在提高自動化控制系統的精確度同時提高其執行的效率[3]。想要實現這一效果，對于自動化控制系統的設計人員來說是一個很大的挑戰，需要其在進行代碼編寫時盡量減少不必要的代碼出現，以此提高自動化控制系統的執行效率。

2.2 設計測試模塊

測試模塊的設計其實就相當于起到查漏補缺的作用，為了更好地避免自動化控制系統在實際的應用過程中出現各種問題，通過測試模塊可以將其實際應用的每一個環節都可以進行缺陷的排查，一旦發現其中存在哪些漏洞或者還可以進行進一步改善的地方，設計人員可以第一時間對其中存在的漏洞進行解決，在保證自動化控制系統進行正常運行的前提下不斷提高其運行的安全性和效率[4]。由此可見，測試模式的設計對于自動化控制系統的完善具有重要意義。測試模塊進一步確保自動化控制系統的安全運行，相當于多了一層保障，在一定程度上有效避免了一些問題的發生，使自動化控制系統可以更加安全的運行。

2.3 設計數據模塊

控制系統中所包含的信息是非常多的，想要對這些信息進行有效的處理和保管，離不開數據模塊的設計。再加上各行業對于控制系統的精確度要求越來越高，就更需要把這些控制信息進行高效的處理，使控制系統中的信息可以得到有效的提取和儲存，從而更好地保障自動化控制系統的工作速度[5]。基于此，相關設計人員在進行數據模塊設計時，一定要不斷提高相關數據處理的效率，只有這樣才能使自動化控制系統及時發出有效的控制命令，才能真正發揮自動化控制設備的作用。

2.4 設計仿真模塊

仿真模塊的設計其實與測試模式的設計具有一定的共性，其都是具有查找缺陷的作用。但是仿真模塊設計與測試模塊設計最大的不同之處就是，仿真模塊設計是通過模擬系統真實的運行條件，進而在系統運行的過程中查找系統運行中可能存在的一些缺陷，一旦發現系統運行中的缺陷，方便相關設計人員對其缺陷之處進行有效的調整，以此來更好地保證自動化系統的運行安全。而通過模擬系統運行條件的形式對系統運行缺陷進行排查，排查的結果真實性更高，且可有效的提高系統運行的效率。

3 微電子設計自動化技術的特點

3.1 方便功能調節

在微電子設計的自動化控制系統的應用中不難發現其控制的對象一般都是多樣化的，很少有只控制一個對象的現象發生[6]。那么隨著工業控制系統的快速發展，對圖像、語言信號等大數據量以及高速率傳輸的要求越來越高。相應的控制功能也在不斷的實踐中進行完善，未來自動化控制系統中所需要控制的對象的數量可能還會增加，面對這種情況，只需要對其代碼進行轉換再進行一定的調試就可以實現對多控制對象的有效控制。而在代碼轉換過程中一般都是在芯片內進行的，只要一個小小的芯片，插入到自動化控制設備當中就可以實現自動化控制系統的正常、安全運轉[7]。除此之外，通過微電子設計自動化系統，在對系統進行升級改造時只需要通過計算機編程進行相關代碼的編寫即可完成控制系統的多項新要求，且在完成控制系統升級改造之后，還可以通過測試編程的設計對系統運行中存在的一些漏洞和問題進行修補，以此更好地確保控制系統的安全運行，使控制系統在各行業中的應用可以為各行業安全、穩定的發展進行有效的服務。

3.2 高集成度

隨著微電子技術的出現以及其在自動化系統中的不斷應用，電子線路變的越來越小。而眾所周知，自動化系統中所需要應用到的電子線路數量是非常龐大的，且不同的電子線路往往都具有不同的功能，如果把這些電子線路都暴露在自動化控制設備當中，不僅其設備的體積會非常大，而且還會影響自動化控制系統的安全運行，這對于各行業中應用自動化系統進行發展的企業來說顯然是非常不利的。而微電子技術的出現正好打破了這一局面，其只需要通過一個小小的芯片就可以把多數量、多功能的電子線路有效的集成在一起，不僅系統的體積得到明顯的下降，系統反饋信息的效率也得到了明顯的提升。而從對小規模集成電路與大規模集成電路的劃分中也可以明顯的看出兩者之間的區別還是非常大的。小規模集成電路中電子元件的數量一般少于100個，但是大規模集成電路中電子元件的數量則可以高達100萬個。集成電路中大數量的電子元件在運行過程中勢必會消耗大量的能量。但微電子技術的應用則可以有效降低自動化系統功能的消耗，這也是現在集成控制系統得以在工業控制上得到廣泛應用的重要原因，為工業的發展節省了更多的資金成本，且并不會占據工業生產太大的空間。

3.3 采用計算機編程控制

在微電子設計沒有應用到自動化技術之前，自動化控制系統如果想要增加幾個新的功能控制，肯定是需要多增加一些硬件的，這在無形之中不僅會增加其使用的成本，還會給使用者帶來一些不必要的麻煩，自動化控制系統想要快速的投入到正常的運轉當中是非常困難的。但隨著微電子設計在自動化技術中進行應用，不僅只需要一個小小的芯片就可以完成對自動化控制系統的控制工作，且不管多少電子元件的集成電路都可以在芯片中進行高效率的功能控制。而當自動化控制系統需要增加功能控制時，只需要利用計算機編程就可以快速的實現，根本不需要進行硬件方面的任何增加，在完成控制功能的代碼編輯工作之后，還可以根據其個體差異性進行代碼的修改，更新后的自動化控制系統不僅工作效率更高，而且不會浪費太多的時間和成本。

3.4 要注意進行仿真開發

在自動化系統正式進行使用之前，對其進行仿真開發是非常重要的。但是在沒有應用微電子設計之前，自動化系統是無法實現仿真開發的，這也充分說明了仿真開發其實就是微電子自動化系統的一個重要特征和體現。而仿真開發過程中，需要采集實地現場的一些數據，把這些數據通過代碼的形式進行體現，就可以真正模擬自動化系統在實地現場應用情況，當在實際的運轉過程中哪個控制系統的精準度沒有達到要求的，可以進行及時的調整，有效提高系統控制的精準度。此外，在仿真自動化系統運轉中還可以及時發現其中一些不適用的地方，及時進行調整會使自動化系統的運轉更加安全、順利。

4 微電子設計自動化技術的應用

4.1 軟件開發

微電子技術的不斷發展對于計算機編程的應用和發展具有一定的推動作用。同時，微電子技術應用在自動化控制系統當中，加快了自動化控制設備更新換代的速度，自動化控制設備在各行各業中的應用會越來越廣泛，且對于相關操作人員來說會更加便利、簡單，對于應用企業來說投入的成本也在慢慢降低，且隨著集成電路只需要在芯片中就可以完成相應的控制工作，自動化控制設備的相關規格也會越來越小，在一定程度上也節省了一定的空間。在科學技術的不斷發展下，現代社會中對于軟件的開發和應用越來越普遍，且軟件開發的功能也越來越多樣化，滿足了不同人對于軟件使用的需求，且隨著人們對于軟件功能要求的增多，還可以通過重新編輯的形式對軟件進行更新和升級，人們需求得到滿足的同時，對軟件的使用滿意度也會得到相應的提升，但軟件的更新和升級并不會投入太多的成本。可見，其具有既節省成本又可以達到客戶滿意的優勢。

4.2 電氣設備革新

無論是人們的生活還是生產現在都離不開電的使用，電氣設備對于人們來說并不陌生，尤其是在工業領域方面的應用非常頻繁，而且其電氣設備的種類也非常繁多。但隨著用電量的不斷增加，安全用電至關重要，這就需要對電氣設備進行一定的更新，以確保電氣設備的安全運行。而在電氣設備的更新中，微電子自動化技術的應用，可以使電氣設備中的相關程序軟件開發效率更高，精確度更準，對進一步優化電氣設備具有重要意義。

4.3 高校教學

隨著社會的不斷進步與發展，微電子設計在自動化技術方面的應用已經成為未來的一種發展趨勢，面對人們對自動化控制系統需求越來越多樣化，顯然傳統的機械控制方式已經不能得到有效的適用，不僅浪費資源成本，而且還會影響自動化系統控制的精準度，微電子技術的應用將會使自動化系統得到不斷的升級，各領域對于自動化系統的應用也會更加廣泛。那么面對自動化系統的不斷升級，高校作為培養自動化技術人才的重要場所，在相關的教育資源上肯定要做出一定的改變，教育資源必須與當前社會發展中所需要的微電子自動化技術相連接，這樣才能培養出更多優秀的微電子自動化技術人才，才能在畢業之后成為社會發展所需要的人才，這既對微電子自動化技術的發展非常有利，對高校學生日后的職業生涯發展也將具有重要作用。

4.4 控制工業電氣

微電子技術的不斷發展確實對自動化系統的升級具有積極的推動作用。自動化控制系統在社會工業的發展中應用是非常普遍的，在工業的生產中隨處可見自動控制機器的情況，這不僅在一定程度上降低了人工的工作量，而且針對于一些比較危險或對精確度要求比較高的工作，可以直接通過自動化系統控制進行實現。比如：在現代的工業生產中隨處可見機器人自動化設備，機器人可以代替人工更高效的完成相應的工作，而這里的機器人就是通過微電子技術芯片的方式對其進行控制的，當需要機器人進行審計時，只需要對其系統進行升級即可，這對于工業的快速發展做出了突出的貢獻。

5 總結

總而言之，微電子技術的出現確實給人們的生產和生活帶來了很大的便利，且伴隨著其在自動化技術中的廣泛應用，已經給各行業的發展帶來了很大的發展空間，同時也更好地保障了人們生產和生活有序開展。相信在科技水平的不斷發展下，未來微電子設計的自動化系統將會得到更加廣泛的應用，其創造的價值將會更大。