工业控制计算机范文

引言：寻求写作上的突破？我们特意为您精选了4篇工业控制计算机范文，希望这些范文能够成为您写作时的参考，帮助您的文章更加丰富和深入。

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主管单位：江苏省科技厅

主办单位：中国计算机学会工业控制计算机专业委员会;江苏省计算技术研究所

出版周期：月刊

出版地址：江苏省南京市

语

种：中文

开

本：大16开

国际刊号：1001-182X

国内刊号：32-1764/TP

邮发代号：28-60

发行范围：国内外统一发行

创刊时间：1988

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随着工业控制要求的不断发展，上位机监控已经成为工厂数据采集的一个重要环节。大多数控制系统都趋向于用通用工程软件（如Visual Basic，Visual C++，DELPHI等）编制上位机监控界面。Visual Basic易学易用，还提供了一套可视化设计工具，大大简化了程序界面的设计工作，同时其编程系统采用了面向对象、事件驱动机制，使用Visual Basic可以方便地完成从小的应用程序到大型的数据库管理系统的编程任务。

1计算机与FX系列PLC的通信

FX系列PLC根据使用的通信模块与通讯协议的不同，可分为4种通信模式。（l）N：N链接网络通信模式；（2）并行链接通信模式；（3）无协议通信模式；（4）计算机链接通信模式。

FX系列PLC可以通过编程口或通信口与计算机通信。通过编程口通信计算机只能与一台PLC通信实现和PLC中的软元件间接访问构成二级控制系统；通过通信口通信计算机可与多台PLC通信实行对PLC中的软元件直接访问构成总线型网络控制系统。PLC使用不同的通信适配器但通信规程和通信程序取决于编程口还是通信口与PLC无关。本文以三菱FX系列PLC为例介绍计算机与PLC串行通信的实行方法并利用VB6.0编写通信软件实现计算机对PLC工作状态的实时监控[1]。

2 PLC与PC间的通信协议

PC与PLC间的通信方式分为同步通信和异步通信两类。目前主流的通信方式有RS-232，RS- 422和RS-485，他们都是串行数据接口标准，是由美国电子工业协会EIA制定的一种串行物理接口标准，其中最常用的是RS-232通信方式。本案例采用RS-232的通信格式，在这种情况下需要设置波特率、奇偶校验位和停止位等参数，只要上位机和下位机这些参数设置一致就可以通信了。一般设置波特率为9600 b/s、偶校验、7位数据位、1位停止位。但是此种通信方式只能由上位机发出命令，PLC响应上位机发出来的命令，当PLC不能正确响应时，PLC返回响应错误标志。上位机发出的数据是以帧为单位发送和接收的。通常，一个数据由5部分组成。累加和是从STX后面一个字节开始累加到ETX的和，取它们ASCII码所得和的最低二位数。其中STX对应的16进制数位0x02，是判知传输资料的开始。命令字是对下位机所做动作的指示，比如要求读取或写入等[2]。

我们采用的是基于VB（Visual Basic）平台编写的驱动程序。VB是一个可视化的高级语言，为用户提供直观的工作环境，为监控系统建立良好的用户界面奠定了基础。VB采用事件驱动，编程与调试方便，可以快速地编制出性能良好的应用程序，通过对串行通信控件MsComm的简单配置，就可以完成串行口的读写操作，是上位机监控系统常用的开发工具。

在VB开发环境界面中，在“工具箱”栏处单击鼠标右键，在弹出的选项里选中“部件”项，然后在弹出的“控件列表框”里，选中“Microsoft Comm Control 6.0'，控件。确定后，MSComm控件即被选中，可以将它添加到程序窗体中，开始设定控件的属性，以建立与串行口的连接[3]。

3 PLC串行通信在油管智能检测控制中的实现

3.1 油管检测系统

油管在辊轮带动下，匀速通过检测机构接受检测。当油管到达检测位时开始采集数据，当油管离开检测位时停止采集数据。检测位置的识别由安装在检测机构前方的光电开关完成，采用松下FP-X型PLC实时监测光电传感器的状态。通过与PLC的串行通信，计算机获得油管位置信号，从而根据油管的位置控制数据采集[4]。

3.2 计算机链接通信环境设定

PLC采用将USB作为虚拟的串行端口进行通信的方式，因此认为由USB所连接的FP-X型PLC是由计算机通过COM端口进行连接的。计算机链接的通信设置要通过编程工具FPWINGR来进行。在PLC系统寄存器设置中设置如下内容：

No. 411站号（PLC地址）：可从1～99进行设定；

No. 412通信模式设置为计算机链接；在端口选择中，选择/内置USB0；

No. 414（COM2端口用）传送格式的设定：数据长度8bit，奇偶校验为奇校验，停止位1bit，终端代码CR（固定），始端代码无STX（固定）；

No. 415速率的设定：速率固定为115200bps。

3.3 VB通信程序的开发

在检测台正前方装有光电开关用来感应油管是否到达检测位，其对应的PLC输入端子为X0。采用中间继电器R0存储X0的上升沿，R1存储X0的下降沿。

当油管进入检测机构时，R0为1并保持1S，此时开始数据采集；当油管离开检测机构时，R1为1并保持1S，此时停止数据采集。R0和R1的状态通过指令RCS读取。由于系统要反映PLC数据区的实时变化，所以在控件Timer1（100ms执行一次）里编写发出和接收指令的代码：

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在工业自动化体系中，一个重要的角色就是工业控制计算机，即IPC，或者叫产业PC。工业生产过程进行计算机控制是提高产品质量、降低成本、减少环境污染的必由之路，计算机控制系统已成为生产设备及过程控制等重要的组成部分，它代替人的思维成为工业设备及工艺过程控制、产品质量控制的指挥和监督中心。工业生产过程的计算机控制系统，随着计算机的进步、工业生产工艺过程控制要求的提高和生产管理的完善而不断发展。

一、工业计算机控制系统的组成

工业自动化体系主要包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。作为20世纪现代制造领域中最重要的技术之一，工业控制自动化技术主要解决生产效率与一致性问题。自动化系统与计算机信息科学的紧密结合，给工业生产过程带来了新的技术革新。

工业计算机控制系统（CCS)是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。计算机控制系统由控制部分和被控对象组成，其控制部分包括硬件部分和软件部分，这不同于模拟控制器构成的系统只由硬件组成。计算机控制系统软件包括系统软件和应用软件。系统软件一般包括操作系统、语言处理程序和服务性程序等，它们通常由计算机制造厂为用户配套，有一定的通用性。应用软件是为实现特定控制目的而编制的专用程序，如数据采集程序、控制决策程序、输出处理程序和报警处理程序等。它们涉及被控对象的自身特征和控制策略等，由实施控制系统的专业人员自行编制。

目前工业计算机控制系统按结构层次基本上划分为：直接数字控制（DDC）系统、监督控制（SCC）系统、集散型控制系统（DCS）、递阶控制系统 （HCS）和现场总线控制系统（FCS）等几种，其中DCS是融 DDC 系统、SCC 系统及整个工厂的生产管理为一体的高级控制系统，该系统克服了其他控制系统中存在的“危险集中”问题，具有较高的可靠性和实用性。但是，为了进一步适合现场的需要，DCS 也在不断更新换代，近年来，集计算机、通信、控制三种技术为一体的第五代过程控制体系结构，即现场总线控制系统，成为国内外计算机过程控制系统一个重要的发展方向。

二、计算机控制在工业自动化的设计和应用

工业生产过程中广泛应用了工业控制自动化技术，来实现对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，以达到提高产品品质和产量、降低生产消耗、确保安全等目的。那么如何实现工业计算机控制呢？现在介绍设计思路如下：

（1）计算机控制系统设计的一般步骤

计算机控制系统的设计，随被控对象、设备种类、控制方式等的不同而不同，但系统设计的基本步骤大体类似，一般包括系统设计分析、确定控制算法、系统总体设计、硬件设计、软件设计以及系统调试等。下面分别作一些介绍。①确定控制方案：开环？闭环？单环？多环？DCC？SCC？DCS？ ②确定系统的构成方式：要求高：工控机；要求低：单回路控制器、低档PLC或总线式工控机。③现场设备选择：传感器、变送器和执行器型号和类型的选择

（2）确定控制算法

控制算法的选择非常重要，它的好坏关系到整个控制系统的成败。注意点：① 所选择的控制算法是否能满足对系统的动态过程、稳态精度和稳定性的要求。② 各种控制算法提供了一套通用的计算公式，但具体到一个控制对象上，必须有分析地选用。③ 当控制系统比较复杂时，其控制算法一般也比较复杂，使整个控制系统的实现比较困难。合理简化，再完善。

（3）系统硬、软件的设计

在计算机控制系统中，一些控制功能既能用硬件实现，也能用软件实现。因此在系统设计时，硬、软件的功能划分应综合考虑。硬件速度快、可减轻主机的负担、但要增加成本；软件可以增加控制的灵活性，减少成本，但要占用更多的主机时间。①硬件设计：包括输入、输出接口电路的设计，输入、输出通道设计和操作控制台的设计。

要设计出硬件原理图、印刷电路板、机架施工图等。②软件设计：硬件设计好了后，系统的功能主要依赖软件。要绘制程序总体流程图和各功能模块流程图，编制程序清单，编写程序说明。

（4）系统调试

系统调试包括系统硬件、软件分调与联调，系统模拟调试和现场投运。调试过程往往是先分调、再联调，有问题再回到分调，加以修改后再联调，反复进行，直到达到设计要求为止。

（5）工业计算机系统的维护

提高计算机控制系统的可靠性和可维修性的常用方法：a 提高元器件的可靠性；b 采用冗余技术；c 采取抗干扰措施；d 采用故障诊断；e系统的恢复技术；f 软件可靠性技术。

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1、计算机技术理念

采用计算机软件技术运用在工业自动化生产中，实际是对自动化和计算机技术中进行控制，但随着我国科学技术不断提高，逐渐提高了计算机控制技术和生产创新理念，致使计算机技术在工业生产发展中获得广泛运用。除此之外，对于计算机控制技术而言，采用该技术期间需要获得自动控制技术、网络通讯、传感装置、系统等软件给予支撑。也就是说，在计算机技术中控制技术属于核心技术，通过运用不同装置和计算机实现全程控制操作，将计算机技术作为工业生产发展的基础技术。因此，在基础中，通过运用计算机数据装置逐渐取代传统系统操作方式，从而实现对生产装置进行全程操作控制，有助于降低人力资源的运用，提高工作效率等，进一步加强生产质量。

2、计算机技术在工业自动化生产中的特点

2.1具备可操作性以及相互运用等特点，企业实施生产发展过程中可以将生产设备和生产系统相互连接起来，还能将生产设备以及生产系统两者进行连接，以此保证数据之间相互传送、交流。并根据不同生产装置实施装置之间相互取代、替换等工作。

2.2开放性特征，工业生产各项环节具备公开性以及开放性特征，运用公开性和开放性特征充分实现装置和系统两者间的连接工作，确保各个装置可以正常、有效率的运行。并能充分满足使用者的需求，通过对不同类型的系统和装置实施组装材料，这样产品生产才能事半功倍。③智能性特征，计算机软件在工业生产系统中还具备智能性特征，生产现场中总线系统可以运用传感装置对总线现场中的装置实施分层控制，根据运用现场装置和其设备确保自动化系统安全运行，并能对装置内部系统的安全性进行诊断工作。

3、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。

4、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。

4.1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。

4.2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。

4.3控制算法的设计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。

4.4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。

4.5集散式控制系统计算机软件技术中集散式控制系统最早出现在1975年，主要生产地在德国、美国等发达国家。其次在70世纪后期，我国大量生产行业渐渐将该技术运用到生产工作中，例如：工业生产、电力生产、石化生产、冶金生产等各个行业。

近几年来，国内科学技术发展将集散式控制系统设计技术推向巅峰，促使一批批优秀企业崛起，这些企业就是通过研究集散式控制系统技术，将其运用在生产发展中，使产品品种、数量不断增多，而该技术逐渐接近国外技术水平。正是该技术，致使计算机技术可以更快、更稳定的发展，集散式控制系统是对计算机影响较大、运行速度较快的一种。对于FCS来讲，虽然其性能较强、发展速度较快，但在传统控制装置中仍需要采用集散式控制系统对其进行控制、修理。目前，工业自动化生产中运用计算机仍然是比较分散、连续性能较低等，采用集散式控制系统具备综合性发展，还能对分散式系统进行调节。

结束语