计算机系统分析员论文-工业控制的常规应用

2024-05-11

计算机系统分析员论文-工业控制的常规应用（精选6篇）

篇1：计算机系统分析员论文-工业控制的常规应用

论实时控制系统与企业信息系统的集成――论文3：工业控制的常规应用

【摘要】

本文通过“工控组态软件”项目的开发，着重讨论实时系统与信息系统的集成。近年来，国内外的组态软件取得了很大的发展，已广泛应用于企业生产。组态软件以实时数据库作为核心技术，综合了工控、网络、图形处理与数据库访问接口等技术，是技术含量较高的一类软件产品，具有良好的应用前景和市场潜力，因此，有多家信息技术公司都在开发工业组态软件。

我有幸参与了该项目，在该项目中担当了分析与设计的部分任务，该软件采用Windows 操作系统，主要采用VC6.0进行开发。以下本文将从我所开发的组态软件的特征、软件的体系结构设计、实时数据库设计、可扩充性与可维护性设计以及项目实施管理等几方面加以论述。

【正文】

工业控制组态软件在工业界有着相当广泛的应用，此类软件允许用户在图形界面下对控制系统的各种采样点、过程输出点、设备、生产车间、控制回路、文件报警、生产报表、控制策略、网络设备和生产工艺画面进行定义与组态。使用该类软件时，用户甚至可以不写一行程序就能够构成自己的控制系统，有些功能强大的组态软件还可提供与网络、Internet、数据库访问接口等的连接功能，使现场控制系统能相对方便地和企业的信息管理系统加以集成，某信息技术公司决定开发新的具有一定通用性的工业组态软件，作为技术骨干，我在该项目中担当了分析与设计的部分任务，该软件采用了Windows 2000操作系统，主要采用VC6.0进行开发。

本文将从我们所开发的组态软件的基本特征、软件的.体系结构设计、实时数据库设计、可扩充性与可维护性设计以及项目实施管理等几方面加以论述。

l. 我所从事开发的组态软件的基本特征

通过分析国内外的组态软件的特点和当前的技术发展情况，我认为我们着手开发的组态软件应当突出下述三个特征：

(1)“实时与可靠”是此类软件赖以生存的应用前提，但是目前还是有很多的组态软件做不到这一点。

(2)具备良好的网络连网能力与分布功能。

(3)有效地采用ODBC(开放的数据库连接)，便于和其他信息系统集成。

这个项目在技术上，应着重于组态软件的体系结构设计与实时数据库的设计上需求分析则应着重分析国内外同类软件的功能，通过比较与鉴别，才能产生真正优秀的软件。

2. 组态软件的系统体系结构

本软件采用的是三层体系结构，设计结构时要具有开放性和良好的可扩充性。

(1)软件的底层是硬件访问控制层。这一层所采用的是前几年才推出来的OPC(OLE for Process Control)技术，采用该技术的好处是OPC是微软参与制定的标准接口技术，有众多的硬件厂商支持，所采用的OLE技术使软件具有良好的适应性和扩展能力。

(2)中间层是实时数据库。该层是整个系统的核心，在设计上除了具有一般实时数据库具有的特性之外，应当为应用层提供了两类接口：一是应用编程接口API(比如以DLL的方式实现)，二是ODBC接口，该接口使系统具有很好的开放性，便于系统集成。

(3)上层是应用程序层。在该层通过ODBC接口访问实时数据库，可以通过SQL语句查询数据库的数据。

3、本项目涉及到实时数据库设计

在设计时，我们着重考虑了以下的四个方面：

(1)实时数据库的基本功能：实时数据库完成实时数据库的采集、输出、报警文件等的管理，也进行历史数据的管理。

(2)实时性设计：由于本系统所采用的操作系统是Windows 2000.它的实时性较差，因此要求任务管理定时器必须具有良好的实时性，在系统设计时，我们采用了抢占式服务的高精度定时器，在一定程度上保证了系统具有良好的实时性。

(3)任务调度：其目标主要是使系统在各时间段达到较理想的负荷任务的均衡性。

(4)ODBC接口设计：即开发相应的驱动程序，实现ODBC功能，使之完全遵守SQL约定，这样能允许应用程序的开发手段和开发工具多样化，允许可以采用VC、VB或Delphi等作为开发语言，也使数据库具有很好的开放性。但SQL语句不能实现数据发生时间方面的选择，影响了实时性，因此，系统自动给每个数据库加上时戳，SQL可以通过时戳进行时间控制来选择(读取)数据，从而满足了实时性方面的基本要求。

4. 本系统的可扩充性与可维护性设计

组态软件综合了多种技术，其体系结构与数据结构都较为复杂，再加上我们又希望能适应的实际应用场景有着复杂多变性，因此要求系统必须具有良好的可扩展性与对维护性，以满足功能与性能上不断变化的要求。在系统的设计技术上，我们大量地采用组件技术，如OPC，COM/DCOM与3D图形控件等，组件技术的采用使系统具有了良好的可扩展性与可维护性，降低了系统的复杂度。而且也使我们较方便地获得第三方支持，例如，请经验丰富的图形处理专家编写图形处理控件，就能加快软件开发的进度。

5. 本项目中软件项目实施和管理

组态软件的需求在当前工业控制领域中是较成熟的，基本能满足一般用户的功能上需求，通过比较多家组态软件，可以发现：在它们之间有80%的功能是相同的或雷同的，由于我们项目开发的起步较晚，在自控领域里，我们处于劣势，因此我们提出了“重技术分析，轻需求分析”的思路，即把重点放在组件设计与体系结构的实现上。

在人员的配备上则根据组态软件的技术组成特点，组织一批在自控、网络、组件、实时系统设计和硬件上各有所长的VC高手组成一支精干高效的队伍。

在开发进度上则反复强调“质量第一，进度第二”的原则。

在我们的项目实施中，可靠性作为设计的首要原则，要求项目组成员养成良好的编程习惯，每天必须完成认真的工作日志，每周要写工作总结，完成一段程序代码之后，即应自己先进行从里到外的测试，只有从基础抓起，才能保证组态软件的质量。

通过本项目的开发成功，我深切地体会到要使组态软件在企业实时控制与信息系统集成中发挥其应有的作用，必须注意以下各点：先进的体系结构;支持ODBC的实时数据库;强大的网络功能;功能日益强大的脚本语言等。我期待着本人通过在这个领域中的辛勤耕耘，将会结出更多更丰硕的IT成果。

评注：

本文抓住了企业实时控制与信息系统集成中的一类关键软件――组态软件项目的开发，进行了较有条理的讨论，思路很清晰。

由于项目在一定程度上的“通用性”，未能结合具体的应用背景论述;但本文的一个缺点是未能给出开发与应用的实际效果例子，也未能对开发中遇到的困难与问题展开深入的探讨。(本文主要参考了广东王启飘等人的论文)

篇2：计算机系统分析员论文-工业控制的常规应用

论实时控制系统与企业信息系统的集成――论文2：工业自动化改造的应用

【摘要】

本文以一个信息化改造项目为例讨论了实时系统与信息系统的集成。我曾参加了一个中等规模的现代化生产企业的数字化改造项目，该企业拥有4座自动化连续式工作的窑炉，以及8座自动化间隙式工作的窑炉以及多台半自动的中大型辅助机器。该企业希望能将这些设备实现数字化，并且重点要建立起一个中央监控室，能实现对设备的运行状态参数的监督和记录两大任务，前者用于防止意外事故，后者可用于向该企业的决策人员和技术开发部门提供信息。

通过我们的开发组与该企业相关人员一起努力，分四个步骤共同完成了这一工作。第一步是实现设备状态参数的数字化输出;第二步是建立中央监控室的监督和记录功能;第三步健全监控室的控制功能及相应信号的输出;第四步则是实现生产设备自动化控制的数字信号接入功能。

我在其中的主要工作有三个方面：

(1)作为公司开发组和企业间联络的桥梁;

(2)负责确定该项目中各部分之间的分工，在发生冲突或出现问题时提出相应的具体解决办法;

(3)帮助解决与协调在工作过程中出现的各种困难。

【正文】

现代化企业发展生产与提高效率的根本途径之一是加速信息化的进程。在所从事的专业生产领域中，我参与开发项目的这家企业可以认为已经具有相当程度的现代化的基础了，比如它已拥有4条自动化连续式工作的窑炉、8座自动化间隙式工作的窑炉和多台半自动的中大型辅助机器。但是这些设备的自动化控制在改造前还主要依靠模拟量控制，也不具备信息与数据的记录、汇总与分析功能。该企业一方面出于对今后发展的需要，希望记录下这些设备在工作过程中连续的.状态参数的变化情况，有运行的日志与历史记录，以提供给其技术开发部门，作为产品质量改进研究中的参考;进一步还可提供给企业管理部门决策分析时的参考。另一方面，企业希望能够对设备生产状态有全面的监督和一定的紧急控制与应变的能力，能对生产设备的操作意外和设定不当，或者发生突然的未预料到的事件，防止造成事故与损失。

我们根据该企业的要求，结合项目的资金、时间、人员等现实状况，再三考虑了该企业的经营情况、产品的市场和前景、项目开发所面临的风险等诸多因素，经过仔细分析，得出了如下的4条意见：

(l)由于资金的限制，切实地在相应各个环节上节约成本是相当重要的，因此要尽可能地在原有设施与条件的基础上进行改造，而不是进行根本性的替换;

(2)此企业需要的是“实时控制系统和企业信息系统的初步集成”，而不是一个功能相当丰富和完善的系统，该企业现阶段既不具备开发这样一个系统的能力和条件，也不具备管理维护和应用高级集成系统的相关人员，所以，项目的目标应当切合于目前条件下企业的总体要求。这样既有利于控制成本，也有利于减少项目风险;

(3)由于该企业的生产情况和资金、人员的限制，项目必须分阶段地进行。大体上可划分为如下四个阶段：①实现设备状态参数的数字化输出;②建立中央监控室的监督和记录功能;③健全中央监控的控制功能和相应信号的输出;④实现生产设备自动化控制的数字信号接入功能;

(4)参与本项目涉及到的双方的大多数人员都不精通对方的专业领域，因此必须在加强互相沟通的同时，确定明确的分工关系。

上述四条意见在经过双方的磋商与研究后，获得了双方全体项目参与人员的一致认同，成为这个项目开发过程中双方必须理解与遵循的准则。

在第一阶段，我们开展了对半自动的中大型辅助机器的自动化改造。事实上，该企业早有这类打算，并且已做了相应的技术储备，因而这一部分的工作由该企业自身的技术人员全权负责并加以实施。项目中所涉及到的所有自动化生产设备都已具有依据状态参数模拟信号量进行控制的能力，对于所采集到的状态参数模拟量，企业曾计划采用一类以模拟信号远程地传至中央监控室，再进行模数转换的方案。此方案对企业来说实现比较简单，但存在着成本较高、远传过程易受到干扰等不利因素。随着模数转换设备成本的显著下降和可靠性提高，经我们建议和双方讨论，企业有决心在生产设备的控制设备上就地实现现场模数转换，再远传数字信号至监控室，这一工作同样地由熟悉这项技术的企业技术人员实行。

第二阶段的工作主要由我方开发组成员负责。我们将人员大体上分为3组，第一组主要是根据企业长期累积的资料以及公开发表的相关技术，建立起一个合理有效的模型，其中包括诸如数据采样记录的间隔时间，不同生产阶段的数据处理时所采用的数学模型等数据处理的相关内容;第二组负责监控记录软件的输入输出接口，用户图形界面的选定和设计等软件外围功能的实现;第三组则集中力量编写一个简单实用的、针对性强和小巧的相关数据记录的专用数据库。这一阶段是控制质量和成本的关键性阶段。出于对成本的考虑，以及根据数据的流量不很大，对数据的实时性处理要求不是很高(通常情况下，设备的实时控制仍由原来的自动化系统所承担)的实际情况，中央监控室采用了一套有双机备份的服务器作为数据处理用的服务器，另一套同样有双机备份的服务器作为数据库服务器，并且没有使用价格昂贵的商用数据库，而采用了由自己开发的一个经济实用的专用数据库。

第三阶段可以看成是第二阶段的自然延伸，在第二阶段成功的基础上，利用第二阶段模块处理后所获得的数据，依据设备的多种临界指标，进行相应的判断，允许在紧急情况下，发出相应的警报，并同时依据设备本身的相应紧急情况处理办法，发出控制信号加以处理实现。这一阶段的关键有两方面内容：一个问题是要求数据转换设备拥有相对较高的可靠性与可用性，另一个问题是要注意做好与自动化设备原有控制系统的自我保护功能的配合协调工作。

第四阶段则仍然由该企业的技术人员为主实施，在实现过程中主要是解决好第三阶段所遇到的上述两个关键问题。对于第一个问题，使用了更好的设备和部件来实现数模转换和动态控制;对于第二个问题，则在控制设备中设立了优先级判断，使自我保护装置的启动优先级离开中央监控室(由于自我保护启动速度更快，但是功能较弱)而加以解决。

从总的项目实施进程上来看，一、四两个阶段相连贯，二、三两个阶段相连贯，而它们之间则可并行地进行，从而满足了时间进度上的要求。

今后，本项目所采用的这

类技术可能要走向全自动化。项目中涉及到的数据量将会更大得多，实时性要求也会更高。我们应注意使现有成熟的商业系统与产品如何应用到其中去，使之能尽快地满足企业的要求，节约成本，并且减少开发的风险。

篇3：计算机系统分析员论文-工业控制的常规应用

工业控制计算机技术为我国工业自动化、信息化和国防安全的发展提供了一套完备的自动化控制解决方案,促进了我国国民经济的迅猛发展。与此同时,也为工业控制技术的更新换代起到了积极的促进作用。随着计算机技术在工业控制领域日益广泛的应用,工业控制计算机技术的发展前景将十分广阔。工控机(Industrial Personal Computer,IPC)是一种加固的增强型个人计算机,它可以作为一个工业控制器在工业环境中可靠运行。它与普通计算机相比具有以下特点:(1)机箱采用钢结构,有较强的防磁、防尘、防冲击能力;(2)机箱内采用专用底板,底板配置高强度PCI和ISA插槽;(3)机箱内设置专门电源,电源有较强的抗干扰能力;(4)具有长时间连续工作能力。

工控机与计算机一样具有良好的人机界面。它与PLC相比,具有以下特点:(1)具有良好的设计和应用界面,其操作和应用优于单一的菜单驱动模式;(2)具备多线程多任务性,满足当前工业领域较复杂的多任务系统控制要求。

目前切码运系统大多采用PLC进行控制,通过操作台及触摸屏进行设备操作,可视化程度较低。随着用户对可视化,尤其是人机界面要求的提升,采用工控机进行控制将成为必然。

基于此,我们对传统的切码运控制系统进行了改进与升级,将原有PLC控制替换为工控机控制。扩充其控制容量,提高兼容性和抗干扰能力,并添加了新的功能,使之具有良好的人机界面,以更好地满足客户的需求。

2 工控机切码运控制系统简介

工控机切码运控制系统将数据采集、处理、控制集为一体,编写为专用控制软件。此软件智能化程度高,内置语音报警功能,能够在第一时间内报告设备故障的出处和原因,有效缩短了故障维护的时间。同时具有良好的人机交互界面和动作演示功能,满足了客户对可视化操作的需求。系统架构如图1所示。

系统由工厂管理级、现场级组成。工厂管理级由控制计算机和监控计算机组成,通过以太网与现场级工控机组成局域网络。依托管理计算机的wincc监控软件和ERP管理软件,实现现场的实时监控和调度。现场级由下位工控机、通信模块、信号采集与发送模块、精密传感器和伺服控制器组成。下位工控机通过profibus总线协议将工控机与变频器、编码器和机械手等连接,实现传动速度的设定、砖组位置的确定和砖组码放位置的给定。通过CAN总线协议与检测元件、执行器连接,实现信号的采集和控制指令的发送。

3 工控机切码运控制系统主要特点

3.1 智能化

系统综合运用了计算机网络技术、智能控制技术、自动化技术,实现了生产工序的智能自动管理。具体体现在:

a.生产过程全自动化:操作人员在主控机上设置生产参数、下达生产指令后,主控机自动分析生产参数并生成相应的分级控制指令,下达给各子系统。在主控机的管理与调度下,整个生产线无人干预地全自动运行。

b.故障处理自动化:自动检测设备故障,多数故障可在线自动启用备用设备,以避免停工。少数需人工干预的故障,自动报警(语音、屏幕提示)、手机短信通知。

3.2 模块化

整套系统分为主机控模块、切割模块、编运模块、码坯模块等。各模块间保持高度的独立性,通过标准接口相互通信,便于对各模块进行单独的管理、升级与维护,也简化了设备安装调试的工序。

3.3 网络化

系统结构中,现场级与工厂管理级构成局域网,实现系统的集中控制、监视及调度。

制造商通过VPN与客户设备联网,技术人员可远程调取客户设备上的设备运行日志、配置参数等技术文件,对客户设备进行远程维护。

4 工控机切码运控制系统主要功能

本系统除兼容了PLC控制系统的功能外,添加了用户管理功能、设备间互检功能、语音报警功能、工作运行在线显示功能、远程调试功能、运行日志查看功能、系统帮助等。系统主界面如图2所示:

4.1 用户管理功能

要实现系统的安全管理,首先必须解决操作者的身份识别问题,然后再进行必要的业务授权工作。根据操作权限,系统将操作者分为管理员和普通操作员两类。管理员拥有最高管理权限,可查看系统所有功能,包括普通操作员的添加、删除、修改,查看启动日志等。普通操作员具有最基本操作权限,只能进行日常的设备操作及维护,如系统启停、手动调试等。用户管理界面如图3所示。

4.2 工作运行在线显示功能

为最大限度使用户对切码运设备运行情况直观掌控,我们增添了切码运设备运行在线显示功能。此功能可直观显示某一区域的即时运行情况及设备的当前工作状态。设备启动后,选择某一区域,即可查看该区域设备的即时运行情况。以编组区3号机为例,效果如图4所示。

4.3 设备间互检功能

为保证砖坯得到精确处置,信号的检测至关重要。确保传感器正常工作,是设备正常运行的必要前提。传感器工作正常与否的检测有两种方法可行。一是依靠硬件,实现设备的自检;二是依托软件,在逻辑上实现设备互锁。为节约成本计,我们采取依托软件的方法。具体体现为:依托专用软件管理相邻的两个传感器,信号顺序通过第一个传感器,经过设定的时间后,系统将自动检测第二个传感器,判断信号对错有无,据此发出指令,调整设备运行状态。

4.4 语音报警及在线显示功能

在整套设备运行过程中,系统实时监测设备运行情况。当系统出现故障时,报警功能启动。语音告知用户故障出处,将故障原因写入日志文件,同时系统自动启用设备备用设置,规避停机,保障设备运行畅通。用户通过语音安全警示后,再行排除设备故障,保障了维护人员的人身安全。

4.5 运行日志记录功能

现代软件技术日益丰富,彻底清除软件中的错误已经成为不可能。那么,及时发现错误、定位错误现场信息,迅速排除软件错误成为非常重要的工作任务,甚至在软件实际运行环境中也是如此。软件运行日志就是捕获错误现场信息的一种重要手段。

该运行日志将记录设备的启、停时间,每台设备部件动作的运行情况及报警情况等。设备启动后,运行日志记录功能启动,用户可以选择查看当前某一设备的运行情况,也可选择查看以往的记录。其界面如图5所示:

4.6 远程调试功能

随着网络技术和计算机技术的飞速发展,网络成了我们工作和生活不可或缺的一部分。网络化的发展,使异地调试成为可能。在客户许可的情况下,制造商可通过VPN虚拟局域网与现场工控机联网,获取设备运行日志,查看设备工作状态。可以快速实时的了解和解决系统所遇到的问题,减少服务成本,缩短维护时间,增加企业效益。

5 工控机技术应用的未来展望

工控机的应用已经渗入到人们生活的各个领域,随着工控机行业应用范围的进一步扩大,其势必将越出工业应用的范畴。到2020年,中国将以信息化的实现,引领国家走向现代化。期间工业控制计算机技术将迎来良好的发展机遇,工控机技术商用化前景将十分广阔。以Compact PCI总线技术为核心,覆盖CompactPCI、PXI和ATCA的新一代工控机技术必将引领这个时代的潮流。

摘要：对工业控制计算机技术进行了概述。通过介绍自动化切码运控制系统工控机技术的应用,简述了其主要功能及其先进性,并对其在未来工业中的应用做了展望。

关键词：工业控制计算机技术,工控机,切码运

参考文献

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[7]魏可新.自动控制综合应用技术——嵌入式微控制器、PLC、变频器、触摸屏、工控机、组态软件的综合应用[M].机械工业出版社,2007.

[8]薛迎成,何坚强.工控机及组态控制技术原理与应用(第二版)[M].中国电力出版社,2011.

[9]龚运新.工业PC机实用技术[M].北京师范大学出版社,2006.

篇4：计算机系统分析员论文-工业控制的常规应用

关键词：计算机；工业自动控制系统；应用

中图分类号：TP273

在工业革命之后，我国工业生产不仅得到了飞速的发展，还在技术上迈向的更高的层次。当前，我国计算机在工业自动控制系统越来越受到人们的关注，特别是将计算机技术融入之后，更加备受人们的关注。计算机在工业自动控制系统中也取得了明显的成绩，且效果越来越明显。由此可见，计算机技术所涉及的领域越来越宽，所以计算机在工业自动控制系统中已经成为了不可或缺的工具。

1 工业自动化系统和工业管理的综合

在模型中，只要将计算机控制系统从检测到执行，再将驱动从低级的控制管理分为几个阶段和功能，这样组成的多种功能结构的形式，主要是根据经营的模式、生产管理的体系、以及控制功能的分布规律来进行的，而不是根据计算机在工业自动控制系统中硬件的结构来分布安排的。在过去的计算机系统控制中，都是有计算机技术与网路技术来对其进行分布构建，因此，会存在很多缺陷。现在换一种形式来构建就会减少很多不必要的损失和麻烦。

2 计算在工业自动控制系统中的组成部分

2.1 计算机在工业自动控制系统中的控制对象

计算机在工业总动控制系统中的控制队形主要是控制系统中的装置和设备，通常控制对象使用函数来传递的，其最大的特点是可以将系数放大、积分时间常数、以及纯滞后时间来对系统进行详细的描述[1]。

2.2 计算机在工业自动控制系统中的执行器

计算机在工业自动控制系统中的执行器，在控制系统中占有很重要的地位，也是核心部件。计算机在工业自动控制系统中的执行器通常是根据调节器来控制系统的信号，然后通过输出的角和针线位移，进而再通过系统中的调节机构来改变被调节的介质的能量，并以此来使工业生产中能够达到预期的结果，计算机在工业自动控制系统中的执行器通常是根据动力方式来区分的，一般可将其分为电动、气动、以及液动三个类型。

2.3 计算机在工业自动控制系统中的测量环节

计算机在工业自动控制系统中的测量环节主要是传感器与测量线路组合而成，测量中主要是将最近的参数转换成一种规定形式的信号，因此在测量的精准度和范畴都要符合要求。除此之外，傳感器要具有稳定性和可靠性，要选择灵敏度较高的传感器来进行测量，还要使用规定的电源，禁止电源的种类繁多[2]。

2.4 计算机在工业自动控制系统中的数字调节和输入输出

计算机在工业自动控制系统中的数字调节和输入输出，其数字调节是计算机的核心，数字调节器的主要功能是为了能够控制由计算机编制的程序，进而来控制编制的规律。输入主要是堵路开关和转换器，输出主要是数字转换器和保持器。

2.5 计算机应用在商品房和住宅小区供热系统的管理

在一些商品房和小区内，对于一些没有人入住的房间，应该能够及时终端对该房子的供热和供电，只有这样才能够有效的节省能源，除此之外，还要对这些房子进行适当的监控，观察房间内的变化，及时的给所需的房间提供热能和电能，减少不必要的纠纷。因此，要在用户结构的基础上建立相对应的数据库，为每一个住户分配一个详细的住址，且能够对其进行访问，再根据这个程序的记录，来对其供热供电进行控制。只要建立起相对应的指令和住户的数据采集信息，就能够将每一户的温度信息顺利的存到计算机的数据库中，如此一来就能够顺利的利用计算机系统控制和实现数据的采集和温度电力的控制，进而使得物业能够更好的给住户提供和分配热能和电能[3]。

3 计算机在工业自动控制系统中应用的范畴及优势

计算机在工业自动控制系统中所占的地位越来越重要，其所涉及的领域不仅仅只局限于航空导弹的设计和制造，还在电力方面、印刷方面、冶金方面都有很高的造诣。当前计算机在工业自动控制系统中的应用主要有以下几点优势和特点。

首先，计算机在工业自动控制系统中其控制规律铃铎多变，并且改动起来比较方便。其次，计算机将控制和管理相结合，进一步的体现了工业自动控制系统技术的发展和提高。计算机控制系统能够给工业生产提供更优质的控制。最后，计算机在工业自动控制系统中，出了在电力方面、印刷方面、冶金方面有了不少的成就，还在动力、航天、医药、以及食品等方面都有所涉及，并且取得了明显的成效。除了以上几点之外，计算机控制系统控制的投资成本少，效率快、且利益收取多。从根本上实现了最优质的控制。在工业控制系统中，控制层只要是对工业现场收集到的信息进行有效的分析，人后在分析结果通过计算机控制总线来传送到现场去。

4 计算机在工业自动控制系统中的发展

4.1 工业生产智能化

当前，从我国工业生产发展的形式来看，工业生产的智能化是当前工业生产的核心部分，而智能化的工业生产则包含了更多的新功能。在使用计算机控制系统之前，流量仪表的测量是需要对其进行温度和压力补偿分别进行，是建立在运算器的基础上对其进行输送，还需要使用温度和压力输送器。而现在使用计算机控制系统，只需要一台设备就能够完全的完成这些任务。计算机系统控制中的执行器，也具有多种自我诊断的功能，只需要执行器的调节器来完成。工业生产智能化之后，只需要在植入一块模板就能够完成之前所有繁琐的工作，并且还能够使得整个控制系统更加的稳定和可靠。

4.2 工业生产无线化

工业生产无线化，其在使用过程中不断的被推广和使用，但是在国际上却收到了一定的限制，所以在一定程度上，工业生产无线化还是受到了一定的影响。当前第一代工业生产总线能够达到标准规范的就有十几种，而在科技飞速发展的今天，第二代以太网的使用能够达到国际标准的就有很多种，而第三种通信策略的雄起，各个企业和公司都制订了自身的标准和发展方向。就像西门子公司根据自身的情况制定的天线准则，但是换一句话来说，如果标注你太过于繁重，那么对使用人员来时也是不方便的。因此工业生产无线化的要求就在于质量要高、效率要快、所耗的资源要低、生产环境安全、技术优先等。假如工业生产无线化能够从很大程度上减少机器的维修率，那么工业生产无线化一定是一个值得各个企业拥有的技术。

5 结束语

总而言之，在科技不断发展的今天，我国工业自动控制系统也在不断的发展和进步，在多元化的今天与国际结果，将世界顶尖的工业自动化技术作为我国技术的目标。与此同时，还要尽可能将工业自动化控制的系统成本降到最低，提高产品的质量，坚持可持续发展的政策。

参考文献：

[1]刘淑娟，王贵博.自动控制系统方案简介[J].中国仪器仪表，2012（01）：112-113.

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[3]金建祥.科技创新推动工世自动化发展[J].世界仪表与自动化，2012（09）：145-146.

篇5：计算机系统分析员论文-工业控制的常规应用

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计算机与 PLC 集成控制系统在石化行业的应用

陈勇张华平赵显红

摘要：计算机与 PLC 集成控制系统的基本组成、功能、系统软硬件设计与通信技术以及该系统在石化行业的应用。关键词：计算机 PLC 可编程序控制器控制系统通信技术关键词近年来，国际市场上石化产品的竞争日趋激烈。与国外同类产品相比，我国的石化产品无论在生产工艺上，还是产品质量上，都存在着相当大的差距。为改变我国石化产品发展严重滞后的局面，国内石化行业的许多厂家已开始向产品的多样化、添加剂材料和配方的高科技化迈进。我们应有关厂家提出的技术要求，针对石化产品生产工艺复杂、添加剂配比要求严格、品种多样、互换性差的特点，开发研制了计算机与 PLC 集成控制系统。该系统控制可靠、操作简便、开放性强、性能价格比高，在国内石化系统的数家企业推广应用后，受到好评。1 系统组成

计算机与 PLC 集成控制系统由生产系统和非生产系统二部分组成(如图 1)。生产系统主要由微型机、适配器、PLC、执行机构及现场仪表等部分组成。非生产系统主要由工艺流程模拟显示屏、电视监视设备、现场通话设备、质量检查系统、管理信息系统等部分组成。中央控制室负责处理来自生产系统和非生产系统的大量信息。通过计算机与 PLC 集成控制系统，将润滑油厂的各生产车间、附属部门以及总厂厂部联成了密不可分的整体，从而最大限度地利用了信息资源。

图1 计算机集成控制系统的组成 2 系统功能

为满足用户提出的技术要求和现场的工况，此控制系统的设计具有以下功能： 1.根据用户提出的技术要求，按照添加剂配方的比例精确地配制生产各种型号的石化产品，并且通过微型机和现场 PLC 控制系统实现整个生产过程的自动化。2.通过自行开发的计算机软件，实现生产现场的动态监控。良好的人机界面、清晰的组态图形，使得操作人员通过计算机屏幕，对于现场的各种工况变化一目了然。3.在现场生产中，为提高整个控制系统的精确性，在搅拌器、电动机、电动阀、电磁阀等设备上均设计了局部反馈功能，这些相互独立系统的局部反馈功能构成了对总系统反馈控制的有力支持。4.当系统出现压力报警或油面报警时，一方面通过 PLC 程序实现自动停车，另一方面借助于语音卡，在控制间的操作人员可以立即听到报警信号，及时采取相应措施。5.考虑到生产现场某些部位属于高温、有害气体残留处，技术人员不宜靠近，在现场设置了电视监视设备，让技术人员实现远程监控。为便于管理，还安装了现场通话设备。6.在中央控制室设置了 1 个大屏幕模拟显示屏，在屏幕上不仅可以显示总厂所有管道线路，而且能够动态显示油的液位、流向，让高层管理人员从宏观上掌握全厂的生产状况。7.通过微机联网，质量检查部门可以直接得到工业现场的信息，各管理部门之间也可以实现数据通信与数据共享。

硬件与软件设计

3.1 硬件设计在本系统中，工业现场控制是核心，而工业现场控制主要由 PLC 系统完成，所以如何合理有效地使用 PLC 技术就成了设计的关键。PLC 的特点是控制可靠，编程简单，但程序内存不大，不能进行复杂的编程；而石化产品的特点是生产工艺复杂，产品型号繁多，往往 1 条生产线就能够生产几十种型号的产品。这就形成了一对矛盾。如果设计时采用常规的 PLC 控制系统，那么 1 条生产线就需要 20 几台 PLC 基本模块和 A/D 转换模块。投资巨大，而且按照现代控制理论，在 1 个控制系统中配置的控制模块越多，控制越不可靠。为了减少投资和增强控制的可靠性，在 PLC 控制系统的硬件配置上进行了多项创新。以润滑油生产线为例，在润滑油生产车间，有搅拌温度、添加剂温度、输油泵压力、油罐的液面等共计 32 路模拟信号需要检测。如果按常规设计，需要 8 块 FX-4AD 模块。为减少投资，设计了多路开关切换电路，只用 2 块 FX-4AD 模块就完成了全部功能。图 2 为 FX-4AD 模块的多路开关切换示意图。

图2 FX-4AD 模块的多路开关切换示意图

图 2 中，FX-4AD 模块为 12 位 4 通道模拟量输入模块，Y0、Y1、Y2、Y3 为 PLC 的任意输出触点。FX-4AD 模块的多路开关切换电路的设计实质上是通过 1 个多路开关控制 FX-4AD 模块分别去完成搅拌温度检测、添加剂温度检测、输油泵压力检测及油罐液面检测 4 项功能，其中多路开关的 4 个转换触点接 PLC 的输

出触点，由 PLC 编程控制。这个多路开关切换电路简单实用，而且节省了大量投资，实践证明，该电路在控制精度上完全满足用户的需要。软件设计在计算机与 PLC 集成控制系统的软件设计中，也采用了许多新的设计思想。仍以润滑油生产车间为例，按照用户提出的 72 种润滑油的生产工艺和技术要求，如果用常规方法编程，需要 12 台 PLC 基本模块。为节约投资，我们充分利用 PLC 的文件寄存器(2000 点)，用逐项查表的方法编写了 1 个 72 种润滑油的通用程序，用 1 台 PLC 基本模块带 2 台 PLC 扩展模块的方式完成了过去需要 12 台 PLC 才能实现的功能。我们选用了三菱公司生产的 FX 系列的可编程序控制器，文件寄存器共计 2 000 点(D1000～D2999)。为节约程序内存，充分利用 PLC 本身提供的指令资源，我们选用了字传送方式，用 1 个 16bit 的字来控制 PLC 触点的 16 个输出触点，而不必像过去那样，1 条指令只能控制 1 个输出触点。例如在图 3 中，首先 X0 导通，十进制数 K6 送入数据寄存器 D0，接着 X1 导通，数据寄存器 D0 的数值 K6 转化为二进制数“0000 0000 0000 0110”送入 K4Y0，控制输出 Y0～Y17 共计 16 个触点的动作，其开关动作和数据寄存器 D0 的数值 K6 一一对应。如图 4 所示，“1”控制输出触点导通，“0”控制输出触点关断。在此例中，Y1、Y2 触点导通，其余输出触点关断。3.2 图3 字传送方式控制输出触点示意图

图4 数据寄存器 DO 的值与 16 个触点的对应关系

通过字传送方式，我们用 1 条指令就可控制 16 个电动阀及输油泵的动作，大大节省了程序空间。在这种设计思想下，我们把 72 种润滑油的工艺流程全部用字方式编写，然后输入文件寄存器，并在此基础上，编制了 72 种润滑油的通用程序。在通用程序运行时，根据某一润滑油的型号，通过查表的方式，在文件寄存器中调出对应的数据段(这些数据段也就是该种润滑油的工艺流程)，然后该数据自动输入 PLC 的控制程序，使得 PLC 按照规定的工艺流程控制整个执行机构工作。如图 5 所示之例，润滑油品种 LSO-1 的工艺状态字存于文件寄存器 D1050～ D1060 10 个字节中。程序运行时，首先根据润滑油型号在文件寄存器中寻址，查到正确的地址后，调出 D1050～D1060 10 个字节的数据，然后输入到通用程序的相应寄存器，参与工业控制。

图5 文件寄存器示意图

计算机与 PLC 的通信技术

在计算机与 PLC 集成控制系统中，一个关键的技术问题是计算机与 PLC 的通信。若在整个系统设计中全部采用进口器件，软件也选用相应的进口产品，那么，整个工程造价惊人。针对这种情况，我们自行开发了计算机与 PLC 的串行通信技术。该技术设计思想先进，软硬件简单实用，可靠性高，性能价格比好，兼容性强，可适用于市场上多种型号的计算机与 PLC。从硬件上讲，现在中国市场上使用的 PLC，在通信接口上多采用 RS422 接口或 RS485 接口；而微型机多采用 RS232 接口。这样在计算机与 PLC 通信时就不可避免地要选用 RS422-RS232 转换模块，同时考虑到恶劣工况下的抗干扰要求，这个转换模块必须具有良好的隔离功能和放大功能，而选用高性能进口模块，必定提高工程造价。针对这种情况，为降低工程造价，我们在硬件上用 1 根普通的通信电缆代替进口的通信模块，在电缆的接口处采用先进的电路设计技术和单片机技术，以完成信号的隔离和放大功能。实践证明，通信的可靠性完全可以和国外的进口模块媲美，而且造价极低。从软件上讲，计算机和 PLC 的通信技术属于保密技术，长期为国外公司垄断。这就使得我们只要选用了该厂家生产的 PLC，就必须选用它开发的工控软件，提高工程造价。针对这种情况，我们开发了自己的工控软件。下面以三菱公司生产的 FX 系列可编程序控制器为例，介绍我们的软件设计。FX 系列可编程序控制器命令格式如表 1 所示。表1 FX 系列可编程序控制器的命令格式命令命令号日标设备功能设备读命令‘0’ X/Y/M/S/T/C/D 读位设备或字设备状态设备写命令‘1’ X/Y/M/S/T/C/D 强制开命令‘7’ X/Y/M/S/T/C 强制关命令‘8’ X/Y/M/S/T/C 写位设备或字设备打开位设备关闭位设备

每一个字符都以 ASCII 码形式串行传输，传输格式如图 6。

图6 字符传输格式

例如，字符‘F’(ASCII 码是 46H)的传输格式如图 7。

图7 字符“F”的传输格式

一般文本数据的传输格式如图 8。

图8 文件数据传输格式

图 8 中，STX 为文本的开始，其 ASCII 码定为 02H；ETX 为文本的结束，其 ASCII 码定为 03H；CMD 为命令字符，取‘0’、‘1’、‘7’、‘8’。在 STX 之后，被传送数据的 ASCII 之和，也被作为 2 个字符码发送。例如，实现从地址 10F6(10F6 为寄存器 D123 的地址)处读取 4 个字节数据，执行传输格式如图 9。求和： 30H+31H+30H+46H+36H+30H+34H+03H ＝74H 图9 传输格式之例

通过改变命令号和地址号，就可以实现计算机与 PLC 之间的读、写、强制开关等基本功能，用户可以使用我们研制的通信软件，也可以在该软件基础上，根据实际情况灵活地用 C 语言开发自己的通信程序，这正体现了该软件的开放性特点。5 结束语

计算机集成控制系统采用了先进的系统集成的设计思想，投入运行后，为企业带来了可观的经济效益和社会效益。该系统在工业现场控制方面，尤其在 PLC 控制方面，独树一帜，以其卓越的控制功能和良好的性能价格比，赢得了用户的广泛赞誉。