计算机控制技术

计算机控制技术

摘要：

本文综述计算机控制技术的发展现状，以及计算机控制技术的发展趋势，通过不同类型计算机控制系统分析，指出了新型控制技术的特点及优势。

关键词：计算机控制技术发展展望

正文：

计算机控制系统的发展状况：

计算机在60年代开始应用于控制领域，采用的是集中控制方式，既一台计算机直接控制一个机组或一个车间的控制系统。在这种控制系统中，计算机不但完成操作处理，还可直接根据给定值、过程变量和过程中其它的测量值，通过PID运算，实现对执行机构的控制，以使被控量达到理想的工作状态。这种控制系统即常说的直接数字控制（DDC）系统。

计算机DDC控制的基本思想是使用一台计算机代替若干个调节控制回路功能。最初发展时希望能够至少可以控制50个回路以上，这在当时对小规模、自动化程度不高的系统，特别是对具有大量顺序控制和逻辑判断操作的控制系统来说收到了良好的效果。

由于整个系统中只有一台计算机，因而控制集中，便于各种运算的集中处理，各通道或回路间的耦合关系在控制计算中可以得到很好的反映，同时由于系统没有分层，所有的控制规律均可直接实现。但是，如果生产过程的复杂，在实现对几十、几百各回路的控制时，可靠性难以保证，系统的危险性过于集中，一旦计算机发生故障，整个系统就会停顿，影响了这种系统的进一步推广应用。

70年代随着电子技术的飞速发展，大规模集成电路的出现，为集散控制系统的出现奠定了基础。75年美国Honeywell公司首先推出了以微处理器为基础的TDC-2000型总体分散型控制系统，其含义是集中管理、分散控制，因而称之

为集散控制(DCS)系统。

随后，世界各著名仪表厂商都纷纷推出各种DCS系统。DCS的出现使系统的控制方式发生了质的变化，是控制史上的里程碑。该系统从综合自动化的角度，按功能分散、协调集中的原则设计，具有高可靠性、高实时性，是用于生产管理、数据采集和各种过程控制的计算机控制系统。典型的集散控制系统具有两层网络结构。

下层负责完成各种现场级的控制任务，上层负责完成各种管理、决策和协调任务。近几年来， DCS的功能在不断完善，向大系统综合自动化和开放式系统方向发展，使企业的管理和控制相结合，能利用过程信息较快地作出有利于企业的决策，以适应变化的市场需求。如美国贝利公司的INFI90OPEN，西屋公司WDPFⅡ以及ABB公司的MOD300。

分布式控制系统是集散控制系统的基础上，随着生产发展的需要而产生的更新一代的控制系统，因而两者的系统网络结构有相似的地方。

分布式控制系统更强调各子系统间的协作关系，有明确的分解策略和算法。通常分布式控制系统的分层、分解和结构划分上遵循三个原则：

1、纵向分层

系统的功能应当分层，下一层功能是上一层功能的基础。一般纵向可分为四层，即直接控制层DDC(现场控制层)，运行监控层SCC（车间控制层）、优化调度层（工厂控制层）和决策支持层（企业控制层）。

2、横向分解

在纵向分层的基础上，再实施横向分解，特别是对直接控制层的横向分解更为重要。合适的横向分解将有利于控制任务的实施和完成。

3、多级结构与分布结构

多级结构就是在纵向上将功能进行组合，同类功能组合在同一级上而形成的多级系统。而在横向上，同一级的功能可以分解到多个单元中去实施，形成分布结构。在纵向上采用多级结构，在横向上采用分布式结构。分布式控制系统的最大特点是较为充分地考虑了各子系统之间的关联关系，并采用分解－协调控制算法，实施对各子系统间控制目标的协调和管理，而使系统控制目标优化程度得到提高，可靠性进一步增强。

计算机控制系统的发展趋势：

根据计算机控制技术的发展情况，展望未来，前景诱人。要发展计算机控制技术，必须对生产过程知识、测量技术、计算机技术和控制理论等领域进行广泛深入地研究。

1.推广应用成熟的先进技术

（1）普及应用可编程序控制器（PLC）近年来，开发了具有智能I/O模块的PLC，它可以将顺序控制和过程控制结合起来，实现对生产过程的控制，并具有高可靠性。

（2）广泛使用智能调节器智能调节器不仅可以接受4到20毫安的电流信号，还具有RS-232或RS-422/485通信接口，可与上位机连成主从测控网络。

（3）采用新型的DCS和FCS 发展以现场总线技术等先进网络通信技术为基础的DCS和FCS控制结构，并采用先进的控制，向低成本综合自动化系统的方向发展,实现计算机集成制造/过程系统。

2.大力研究和发展先进控制技术

3.计算机控制系统的发展趋势

（1）控制系统的网络化

（2）控制系统的扁平化

（3）控制系统的智能化

（4）控制系统的综合化

总结：

近年来，随着计算机技术、自动控制技术、检测与传感器技术、网络与通信技术、微电子技术、CRT显示技术、现场总线智能仪表、软件技术以及自控理论的高速发展，计算机控制的技术水平大大提高，计算机控制系统的应用突飞猛进。利用计算机控制技术，人们可以对现场的各种设备进行远程监控，完成常规控制技术无法完成的任务，微型计算机控制已经被广泛地应用于军事、农业、工业、航空航天以及日常生活的各个领域。可以说，21世纪是计算机和控制技术获得重大发展的时代，大到载人航天飞船的研制成功，小到日用的家用电器，甚至计算机控制的家庭主妇机器人，到处可见计算机控制系统的应用。计算机控制技术的发展日新月异，作为现代从事工业控制和智能仪表研究、开发及使用的技术人员，必须不断学习，加快知识更新的速度，才能适应社会的需要，才能在工业控制领域里继续邀游。

计算机控制技术是一门跨学科以及应用性、技术性、综合性都很强的专业技术课程，要求具备较强的自动控制理论、微型计算机原理、模拟电子技术、数字电子技术等专业基础知识。通过学习，要求掌握计算机控制系统的控制原理和分析设计方法，具备基本的设计技能，能够设计出简单的计算机控制系统。