計算機控制技術及其應用的研究

楊巨淼

摘 要：現代科學技術的快速發展使得計算機控制技術逐漸成熟并得到廣泛應用，在現代社會中發揮著重要作用。文章簡單介紹了計算機控制系統，分析了其工作過程、特點以及組成，并從操作指導控制系統、直接數字控制系統、監督控制系統、分散控制系統、現場總線控制系統、計算機控制技術的應用發展方向等方面，就計算機控制技術的應用情況加以探討。

關鍵詞：計算機控制技術;現場總線控制系統;直接數字控制系統

0 引言

電氣自動化技術的應用和發展已經不能滿足實際需求，因此以計算機控制技術為核心，以電子技術、電子控制技術、計算機應用技術等為基礎，綜合可編程控制技術、單片機技術、計算機網絡技術的新興學科得以快速發展。計算機控制技術較傳統電氣自動化技術具有更加精密化、生產設備信息化、自動化程度高、機電控制系統最佳化等優勢，故而其在現代工業生產以及其他領域中得到廣泛應用，依然成為助推現代社會發展的重要技術。

1 計算機控制技術概述

1.1 計算機控制系統

所謂計算機控制技術，簡單來說就是通過計算機控制系統與不同的動態系統相連并進行控制的技術，其核心在于使用計算機代替自動控制中的常規控制設備，從而借助計算機在采集、傳輸、存儲以及處理能力方面的能力優勢提高自動、動態、智能控制水平。計算機控制系統通常可以分為開環系統與閉環系統兩種，前者指系統輸出量不會影響控制作用的系統，其特點在于無須測量和處理系統輸出量;后者指系統輸出信號直接影響控制作用的系統，其特點在于需要準確處理反饋并維持系統穩定性。

1.2 計算機控制系統的工作過程

計算機控制系統的運行基本上可以劃分內三部分，即數據采集、決策以及控制執行，通過這三部分基本上能夠滿足所有的控制要求。首先是數據采集。在溫度儀器、濕度儀器等測量裝置的作用下，能夠實時采集系統需要的相關數據并傳輸至計算機，為整個計算機控制活動的實施奠定基礎。其次是控制決策。計算機通過軟件對采集的相關數據進行分析與處理，按照程序下達相應的指令，明確控制目標、內容和方式。最后是控制執行。計算機控制系統發出的控制指令被執行機構所接收，進而執行相應的指令動作，完成控制[1]。

1.3 計算機控制系統的特點

計算機控制系統作為復雜程度高、集成度高、應用范圍廣、功能強大的系統，有著較為復雜而多樣化的特點，主要體現于以下幾方面。其一，模擬與數字部件的混合系統。計算機控制系統的核心便是數字計算機，這使得其具有數字控制特性;同時系統中還包含大量模擬部件如測量裝置、執行機構等，這使得其具有模擬控制特性。其二，信號形式多樣。計算機控制系統主要是基于連續模擬信號進行控制，這是因為其主要應用于工業生產控制，而工業生產控制往往需要對相關數據進行連續測量。不過該系統依舊支持離散模擬、離散數字等不同信號形式，可根據實際需求進行靈活調整及應用。其三，靈活性和適用性良好。計算機控制系統能夠通過在線修改的方式直接修改控制方案、控制規律、控制程序等，修改過程較為簡單快速，故而能夠有效適應不同的工業生產需求，甚至能夠實現實時動態修改。其四，控制效果良好。計算機本身處理性能強大，尤其是隨著現代計算機技術的不斷發展，基于計算機控制系統的工業企業能夠實現高度集成化和自動化，構建控制與管理一體化的全新模式，助力企業發展。

1.4 計算機控制系統的組成

硬件以及軟件是系統組成的基礎，計算機控制系統同樣如此，主要硬件和軟件包括以下幾部分。首先是計算機主機。作為控制系統的核心部分，計算機主機必然少不了高速的中央處理器以及時鐘電路、內存儲器等。其次是通用外圍設備。整個系統包含大量通用外圍設備，是支持系統運行的基礎設備，而且可以按照功能劃分為輸入設備、輸出設備以及外存儲器等。然后是過程I/O通道以及通用接口電路。作為連接系統中不同硬件設施設備的部分，過程I/O通道以及通用接口電路的作用不容忽視，可以說是支持整個系統正常運行的必要基礎。再然后是傳感器和變送器。二者在整個系統中的作用主要是將檢測到的信號轉變為計算機接口使用的標準電信號并進行傳輸，從而確保計算機能夠有效接收和處理數據。之后是運行操作臺。運行操作臺主要是供工作人員操作的區域，往往集中了控制開關、數字鍵、功能鍵、指示燈、顯示器、聲信器等硬件。最后是軟件，也就是各種計算機程序的總和，其通常能夠實現監控、管理、控制、計算、自診等功能[2]。

2 計算機控制技術的應用

2.1 操作指導控制系統

操作指導控制系統又稱為數據處理系統，該系統中每隔一段時間計算機就會進行一次采樣，經A/D轉換后送入計算機進行加工處理，然后再進行報警、打印或顯示操作。計算機的輸出不直接用來控制生產對象，操作人員根據輸出的結果進行設定值的改變或必要的操作。因此該系統雖然具有結構簡單、控制靈活安全等特點，但受限于人工操作，通常只會應用于單個或者兩個等人工操作速度能夠完全滿足的情況，否則容易因為人工操作速度限制而影響控制效果，甚至可能引發各種安全事故。

2.2 直接數字控制系統

直接數字控制系統（Direct Digit Control，簡稱“DDC系統”）實際上就是傳統電氣控制技術在數字計算機方面的應用，其原理和電氣控制技術較為類似，即計算機直接獲取相關參數后根據程序設定進行運算，再根據運算結果下達控制指令，從而達到控制目的。和傳統電氣控制技術相比，DDC系統得益于計算機自身強大的運算處理性能，能夠實現多個復雜控制回路的分時處理，控制效果良好且穩定可靠，其通常被應用于小型或中型生產裝置的控制。DDC系統的硬件結構包含模板式以及模塊式兩類，而且安裝方式又包含有盒式、臺式、柜式等，故而其能夠適應不同的工業生產需求，適用性極強。DDC系統還具有在線實時控制、分時方式控制、靈活和多功能等特性，能夠直接通過軟件編寫和修改控制方案，甚至能夠實現自適應、自學習、最優控制、智能控制等，控制精度高且實時性、可靠性良好。隨著計算機技術的快速發展，計算機配備的中央處理器、內存儲器等性能大幅提升，使得DDC系統能夠通過一臺計算機穩定控制多達數十個回路，故而相應的應用范圍極為廣泛，諸如材料熱加工、化工、機械、冶金等工業領域均會大量應用該系統。

2.3 監督控制系統

顧名思義，監督控制系統（Supervisory Computer Control，簡稱“SCC系統”）是以監督為主要功能的控制系統。在工業生產中，SCC系統的應用極為廣泛，其能夠實現對工業生產的全方面、全過程監督，按照預定程序對相關參數數據信息進行采集、分析與處理，從而判斷生產過程是否存在異常，并能實現打印、現實以及報警等功能，充分發揮監督作用。SCC系統和操作指導控制系統較為類似，不過其并非只能通過人工操作的方式進行控制，也能實現監督與控制一體化，是典型的閉環控制系統[3]。SCC系統的應用是保障工業生產安全性和可靠性的重要手段，尤其是當上位機和DDC系統出現故障時，SCC系統能夠取代DDC系統并進行有效控制，最大程度減輕故障對工業生產的影響。

2.4 分散控制系統

分散控制系統（Distributed Control System，簡稱“DCS系統”）是基于控制分散、操作和管理集中的設計思想而來的計算機控制系統，其結構一般為多層分級、合作自洽形式。DCS系統的硬件主要包括現場控制單元以及操作站，前者即分散在現場各個部分的控制單元，是實現分散控制的基礎;后者則是現實、記錄各控制單元的過程數據并支持人機交互的區域，是實現集中操作和管理的基礎。由于DCS系統自身的特殊性，其往往兼具操作指導系統、DDC系統、SCC系統等的功能，可以實現復雜的現場分散控制，故而其在諸多工業生產領域有著廣泛應用。

2.5 現場總線控制系統

現場總線控制系統（Fieldbus Control System，簡稱“FCS系統”）是DCS系統的更新換代產品，其與后者相比是通過智能現場設備以及自動化系統的通信網絡構建起整個系統的架構，故而其更能適應現代工業的數字通信、自動控制發展需求。實際上就目前的情況來看，FCS系統正在逐漸取替DCS系統，不少大型工業企業都在工業生產中升級應用FCS系統，從而獲得更為穩定、可靠和高效的控制性能。

2.6 計算機控制技術的應用發展方向

隨著計算機控制技術應用的不斷深化以及現代技術和工業的飛速發展，準確把握相應的應用發展方向將是進一步提升應用水平的基礎和關鍵。就目前來看，集散控制系統兼具分散控制以及綜合管理的優勢，是滿足現代工業生產控制和管理需求的有效方式，具有巨大的應用發展前景。對自動化技術、信息技術、制造技術等進行全面整合的計算機集成制造系統具有生產一體化管理的優勢，能夠實現多品種、中小批量生產的總體高效益、高柔性的智能制造，無疑也是計算機控制技術發展的一大方向。

3 結語

綜上可知，計算機控制技術作為現代工業中不可或缺的基礎技術，其在控制工業生產和支持生產管理方面的作用不容忽視。準確把握計算機控制技術應用情況和發展前景，結合實際需求進行適當優化，無疑是充分挖掘該技術優勢和功能，助推現代工業自動化、智能化發展的關鍵，值得大力研究、探索、嘗試和發展。

[參考文獻]

[1]李齊齊.淺析計算機控制技術及其應用[J].中國西部，2017（6）：82.

[2]曹越.計算機控制技術及應用[J].數字化用戶，2019（22）：215.

[3]翟佩華.計算機控制技術的發展及應用[J].工業，2016（1）：261.

（編輯 王永超）