计算机控制技术论文
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计算机控制技术
时间：2021.03.02
题 目：计算机控制
姓 名：唾
学 号：031140919
专业班级：9
院 系：信工
完成日期：2014年10月28日创作：欧阳数 计算机控制技术
摘要：
计算机控制技术及工程应用是把计算机技术与自动化控
制系统融为一体的一门综合性学问，是以计算机为核心
部件的过程控制系统和运动控制系统。从计算机应用的
角度出发，自动化控制工程是其重要的一个应用领域；
而从自动化控制工程来看，计算机技术又是一个主要的
实现手段。控制系统的发展趋势：向国产DCS系统转
移，向PLC转移，向现场总线控制系统FCS转移，而以
PC 为基 础的控 制系统(PC-Based Control System,
PCBCS)也呈现良好的发展态势。
关键词： 计算机控制；多元化；发展动向
1计算机控制系统的概述
计算机控制系统(Computer Control System,简称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，以获得一泄控制目的而构成的系统。工业上泄义 为利用计算机实现工业生产过程的自动控制系统。
1.1计算机控制系统的特点
(1) 系统控制功能强
通过强大的数字、逻辑计算能力实现复杂运算：通过通讯实现大规模系统的控制： 通过数据存储实现人工智能。工业上随着生产规模的扩大，模拟控制盘越来越长， 这给集中监视和操作带来困难;而计算机采用分时操作，用一台计算机可以代替许多 台常规仪表，在一台汁算机上操作与监视则方便了许多。
(2) 操作的灵活性强(人机对话功能强)、界而友好
常规模拟式控制系统的功能实现和方案修改比较困难，常需要进行硬件重新配苣调 整和接线更改：而计算机控制系统，由于英所实现功能的软件化，复杂控制系统的 实现或控制方案的修改可能只需修改程序、重新组态即可实现。另外硬件和软件的 通用型强，便于系统的开发和修改，如：软件通用级(ANSYS)、硬件系统通用级(PC 平台)、芯片通用级(软核)等。
(3) 实现资源共享性
常规模拟控制无法实现各系统之间的通讯，不便全面掌握和调度生产情况：计算机 控制系统可以通过通信网络而互通信息，实现数据和信息共享，能使操作人员及时 了解生产情况，改变生产控制和经营策略，使生产处于最优状态。
(4) 讣算机的智能控制
计算机具有记忆和判断功能，它能够综合生产中各方而的信息，在生产发生异 常情况下，及时做出判断，采取适当措施，并提供故障原因的准确指导，缩短系统 维修和排除故障时间，提髙系统运行的安全性，提高生产效率，这是常规仪表所达 不到的。
1.2计算机控制系统的组成及分类
这里的汁算机通常指数字计算机。辅助部件主要指输入输出接口、检测装置和执行 装宜等。被控对象的范围很广，包括各行各业的生产过程、机械装置、交通工具、 机器人、实验装苣、仪器仪表、家庭生活设施、家用电器和儿童玩具等。控制目的 可以是使被控对象的状态或运动过程达到某种要求，也可以是达到某种最优化目 标。与一般控制系统相同，讣算机控制系统可以是闭环的，也可以是开环的。汁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
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。图1为 计算机控制系统的一般组成框图。
计算机控制系统主要有以下几个类别：操作指导控制系统（OGC）.直接数字 控制（DDC）、现场总线控制系统（FCS）、监督讣算机控制系统（SCC）.分散控制 系统（DCS）等。目前微型计算机控制系统的发展趋势主要有可编程控制器
（PLC）、采用新型的控制系统（集散控制系统）、人工智能、神经网络控制系
2 控制系统类型的多元化
20世纪后半叶，由于计算机、通信、控制、仪表、软件等技术的飞速发展，不 仅产生了多种多样的自控产品，也丰富了人们进行自控设计的思路与方案。
在工业生产过程中，1969年问世的PLC和1975年问世的DCS可能是两类影响 最为深远的汁算机控制系统。PLC的问世取代了继电器之类的器件，实现了开关量 的联锁控制、程序控制：DCS的问世取代了显示仪、调盯器之类的仪表，实现了模 拟量的指示、记录和PID回路调肖等功能。随着计算机、通信、网络技术的发展， PLC. DCS互相融合，互相渗透，取长补短。另外，随着其他计算机控制系统的不 断出现，控制系统的产品早已呈现岀多元化的发展格局，而针对某一具体用户来 说，DCS+PLC的控制方案不再受青睐，控制系统设备一体化的呼声越来越高。 部分，这不同于模拟控制器 过程输入通道
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 4开关虽输人通道
开关歸岀通道
用户配套，有一泄的通用 过程输出通道
性。应用软件是为实现特立 图1计算机控制系统组成框冬 行 传想器
主产过程 采样 *故牖放大器—模数转换器
多路开关 报誓器 打印机 显示器 2. 1操作指导控制系统（OGC）
操作指导控制系统-是基于数据采集系统的一种开环结构。计算机根据采集到的 数据以及工艺要求进行最优化汁算，计算岀的最优操作条件，并不直接输出控制被 控对象，而是显示或打印出来，操作人员据此去改变各个控制器的给龙值或操作执 行器，以达到操作指导的作用。它相当于模拟仪表控制系统的手动与半自动工作状 态。OGC系统的优点是结构简单，控制灵活和安全。缺点是要由人工操作，速度受 到限制，不能同时控制多个回路。
2.2直接数字控制（DDC）
DDC系统-是用一台计算机不仅完成对多个被控参数的数拯采集，而且能按一立的 控制规律进行实时决策，并通过过程输岀通道发岀控制信号，实现对生产过程的闭 环控制，为了操作方便，DDC系统还配置一个包括给泄、显示、报警等功能的操作 控制台。DDC系统中的一台计算机不仅完全取代了多个模拟调节器，而且在各个回 路的控制方案上，不改变硬件只通过改变程序就能有效地实现各种各样的复杂控 制。
2. 3现场总线控制系统（FCS）
现场总线控制系统即FCS-是新一代分布式控制结构。该系统改进了 DCS成本高和 由于各厂商的产品通信标准不统一而造成的不能互联等弱点，采用集管理控制功能 于一身的工作站与现场总线智能仪表的二层结构模式，把原DCS控制站的功能分散 到智能型现场仪表中去，形成一个彻底的分散控制模式。它的结构组成如图所示。 每个现场仪表（例如变送器、执行器）都作为一个智能节点，都带CPU单元，可分别 独立完成测量、校正、调节、诊断等功能，靠网络协议把它们连接在一起统筹工 作。
2. 4监督计算机控制系统（SCC）
监督计算机控制系统即SCC-是OGC系统与常规仪表控制系统或与DDC系统综合 而成的两级系统。显然，这属于计算机在线最优控制的一种形式。当上位机出现故 障时，可由下位机独立完成控制。下位机宜接参与生产过程控制，要求其实时性好，可靠性高和抗F扰能力强：而上位机承担高级控制与管理任务，应配置数拯处 理能力强，存储容量大的髙档计算机。
2. 5分散控制系统（DCS）
分散控制系统-是以微处理器为基础，借助于计算机网络对生产过程进行集管理 和分散控制的先进il•算机控制统。
图2为其系统框图。由于早期开发的分散控制系统在体系结构上具有分散式系 统的特征，因此国外将该类系统取名为分散控制系统，国内也有人将其称为集散型 控制系统，或者是分布式控制系统。分散控制系统简称为DCS。DCS采用分散控 制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则。 图
2 DCS控制系统框图
2.6近年来，控制系统的发展还出现这样一些趋势：向国产DCS系统转 移，向PLC转移，向现场总线控制系统FCS转移，而以PC为基础的控制
系统（PC-Based Control System, PCBCS）也呈现良好的发展态势。
（1）可编程调节器（PLC）又称单回 路调节器、智能调节器、数字调节 器。它主要由微处理单元、过程I/O
（输入/输岀）单元、面板单元、通信 单元、硬手操单元和编程单元等组 成。（2）总线式工控机是基于总线技术和模块化结构的一种专用于工业控制的通用 性计算机，一般称为工业控制计算机，简称为工业控制机或工控机。通常，计算机 的生产厂家是按照某个总线标准，设计制造岀若干符合总线标准、具有各种功能的 各式模板，而控制系统的设计人员则根据不同的生产过程与技术要求，选用相应的 功能模板组合成自己所需的计算机控制系统。（3）随着微电子技术与超大规模集成 技术的发展，计算机技术的期一个分支——超小型化的单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）简称单片机诞生了。它是将CPU、存储器、串并行I/O
口、迫时/计 数器、甚至A/D转换器、脉宽调制器、图形控制器等功能部件全都集成在一块大规 模集成电路芯片上，构成了一个完整的具有相当控制功能的微控制器。 控制任务主要由中或小规模
当讓韶、鋪任瓏 成时型篠至成丈规複系统。 3计算机控制技术的发展动向
3.1控制设备的一体化
按我国的体制，工程设汁、施工安装、现场维护通常都是分成自控仪表、电气两个 专业采用两套控制设备，构成两个控制中心，带来投资、操作、生产管理上的大量 问题，所以不少用户迫切希望工艺过程的所有控制要求应该由一个控制系统来完 成，这就是要求实现控制设备一体化。
3.2向国产DCS转移
在与国外DCS厂家的竞争中，目前还不好说国产DCS全而占有优势，但至少在一 部分行业、在中小型企业能打成平手甚至略占优势。国产DCS从中小型企业开始， 从辅助工序开始，现已逐步进入大型、特大型企业，进入主体工序。
3.3向PLC控制系统转移
PLC以其产品应用广泛、产量大、价格稍低的优势逐渐挤占了 DCS原有的市场。拯 介绍，在国内水泥行业控制系统20余年的应用中，DCS、PLC大体上各占半壁江 山，其中80年代中后期及90年代初期以传统的DCS应用较多，而在此之后，是以 PLC型DCS（即PLC+微机组成的DCS系统）的应用较多，世界著劣的水泥公司设计 或建设的大型水泥厂的控制系统也是以PLC型DCS为多。
3.4向现场总线控制系统转移
现场总线具有以下特点：开放性、可互操作性与可互换性、全数字化、双向通信、 智能化现场仪表，而以现场总线为基础的开放式、全数字化的控制系统称为现场总 线控制系统。当现场总线控制系统的概念刚刚推出时，控制功能分散、现场仪表信 息量增加、节省电缆、减少安装工作量等优点使用户非常容易接受，经过几年来的 舆论宣传，现场总线控制系统可以说已经深入人心，人们追求新潮的心理再加上实 实在在的好处，使控制系统从常规的DCS、PLC向现场总线控制系统转移是顺理成 章的事了。
3.5 PCBCS的发展前景
市场要求自动化系统制造商提供开放的平台，但是只有PC机才能提供一个貞•正 的、完全开放的平台，系统所有的功能集成于PC这个统一开放的平台上，可以减少 安装空间、i'j省电缆，将复杂的通信连接简单化，还可通过Internet或Imranct得到 重要的生产信息，实现生产过程优化。什么是PCBCS呢？它是指将经过加固的PC 机硬件与控制软件相结合，实施通常由专用PLC执行的控制功能，或者说将PLC的 控制功能“封装在"软
