計算機控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用分析

王鼎堯

（沈陽理工大學(xué),沈陽 110034）

0 引言

計算機控制技術(shù)是將計算機技術(shù)與自動控制技術(shù)相結(jié)合的一種技術(shù)，具有獨特的科技優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航天航空、交通運輸?shù)戎匾I(lǐng)域。計算機控制技術(shù)是一種以計算機為核心的自動控制技術(shù)，在促進國民經(jīng)濟的發(fā)展和改善國計民生方面發(fā)揮了重要作用。

1 計算機控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識

1.1 計算機控制系統(tǒng)概念

計算機控制系統(tǒng)是一種通過將計算機以及各種輔助部件將被控對象與計算機相聯(lián)系的方式，來獲取一定控制目的的系統(tǒng)。這里的計算機不僅包括數(shù)字計算機，還包括微型計算機、大型計算機和各種專用計算機等。計算機與被控對象的聯(lián)系方式以及部件與部件之間的聯(lián)系方式主要分為有線聯(lián)系和無線聯(lián)系兩種形式，有線聯(lián)系即通過電纜等方式進行的聯(lián)系，無線聯(lián)系是指通過紅外線、無線電波等方式進行的聯(lián)系。這里的輔助部件可以分為執(zhí)行裝置、輸入輸出接口以及檢測裝置等。

1.2 計算機控制系統(tǒng)特點與分類

計算機控制系統(tǒng)除了兼具計算機與自動控制系統(tǒng)的特點，還具有速度快、存儲大、精度高等新的特點，在提高控制的精密度與速度以及促進高復(fù)雜度控制方法的產(chǎn)生等方面發(fā)揮了重要作用。計算機控制技術(shù)的發(fā)展不僅改變了工業(yè)生產(chǎn)方式，而且優(yōu)化了人們的生活方式。

計算機控制系統(tǒng)主要分為以下幾種：（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。計算機不直接參與控制，而是對數(shù)據(jù)進行采集與處理，對各種變化趨勢進行分析，為操作人員提供參考；（2）分級控制系統(tǒng)。也就是集散控制系統(tǒng)（DCS系統(tǒng)），是一種以微處理器為基礎(chǔ)的一種新型控制系統(tǒng)；（3）直接數(shù)字控制系統(tǒng)。計算機直接參與控制，并通過較強的計算能力，實現(xiàn)控制算法的靈活轉(zhuǎn)換；（4）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。是一種在DCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的新一代分布式控制系統(tǒng)，其通信標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一促進了各廠商產(chǎn)品間的互聯(lián)并且降低了DCS系統(tǒng)成本；（5）監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)。是一種采用高檔微型計算機進行優(yōu)化分析計算，實現(xiàn)高級控制與管理的系統(tǒng)。

1.3 計算機控制系統(tǒng)組成

計算機控制系統(tǒng)主要有閉環(huán)與開環(huán)兩種形式。閉環(huán)形式是當(dāng)前計算機控制系統(tǒng)主要采用的形式，通過對被控對象各種狀態(tài)的信息采集，并進行特定的處理，由輸出控制信息去影響被控對象。在開環(huán)控制系統(tǒng)中，計算機不直接影響被控對象，而是通過人工的方式去影響。

計算機控制系統(tǒng)可分為軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)兩大組成部分。

（1）軟件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)是控制機按設(shè)計正常運行的基礎(chǔ)與必要條件。軟件系統(tǒng)又可以分為應(yīng)用軟件與系統(tǒng)軟件。其中應(yīng)用軟件主要通過過程控制程序、過程監(jiān)視程序以及相應(yīng)的服務(wù)程序來確保被控對象的正常運行。用戶的需求是應(yīng)用軟件開發(fā)的重要依據(jù)，因此應(yīng)用軟件會隨著控制要求與被控對象特性的變化而變化。當(dāng)前，應(yīng)用軟件正向模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展，這不僅有助于加快軟件的開發(fā)周期，而且還有助于提高軟件的可靠性。系統(tǒng)軟件主要是指能夠協(xié)調(diào)計算機系統(tǒng)內(nèi)部各種資源并與外界進行聯(lián)系或提供服務(wù)的各種軟件。

（2）硬件系統(tǒng)。計算機控制系統(tǒng)的硬件可以分為主機、外部設(shè)備、生產(chǎn)過程輸入輸出通道、通訊設(shè)備、操作臺等結(jié)構(gòu)。主機由控制器、內(nèi)存儲器和運算器組成；外部設(shè)備可分為外存儲器、輸入設(shè)備與輸出設(shè)備，對擴展主機的存儲容量和促進人機聯(lián)系起著重要作用。

2 計算機控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

計算機控制理論自上世紀(jì)50年代萌芽開始，經(jīng)過不斷的改革與創(chuàng)新，現(xiàn)已經(jīng)形成了一套完整的理論體系，大大促進了計算機控制技術(shù)的提高，當(dāng)前我國計算機控制技術(shù)的發(fā)展主要呈現(xiàn)以下趨勢：

（1）網(wǎng)絡(luò)控制化發(fā)展。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在計算機控制系統(tǒng)的廣泛使用，傳統(tǒng)的回路控制發(fā)生了根本變化，擴大了計算機控制系統(tǒng)在電廠、航天航空、機械制造等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，促進了信息資源的共享，并提高了控制的效率與可靠性。

（2）DCS與PLC的新發(fā)展。DCS即集散控制系統(tǒng)，通過采用分布式控制理念，以單片微機技術(shù)為載體，并以解決過程分散控制與信息集中管理整合問題為目的。未來DCS將朝著高質(zhì)量、低能耗、低成本方向發(fā)展。PLC即可編程序控制系統(tǒng)，主要用于生產(chǎn)過程的控制。今后PLC的發(fā)展主要有以下幾個特點：控制器的高速、高能和大量；編程語言的多樣化以及通訊網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用。

3 計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計

計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計是計算機控制系統(tǒng)正常高效運行的重要保障，計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計不僅要考慮到系統(tǒng)的質(zhì)量、可靠性、實時性，還應(yīng)考慮到系統(tǒng)的長期有效性。計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計過程主要包括以下步驟：（1）明確控制任務(wù)。設(shè)計的第一步就是明確控制任務(wù)，并制定詳細的設(shè)計任務(wù)說明書，這是整個設(shè)計過程的重要依據(jù)；（2）設(shè)計系統(tǒng)的總體方案。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)書，制定系統(tǒng)設(shè)計總體方案，選擇合理的軟、硬件以及最優(yōu)的組合方式；（3）軟件設(shè)計。根據(jù)設(shè)計任務(wù)書以及用戶的具體需求，選擇合理的編程語言進行軟件的設(shè)計；（4）系統(tǒng)安裝調(diào)試。根據(jù)工藝流程圖進行系統(tǒng)安裝，并進行調(diào)試，及時解決出現(xiàn)的問題。

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