计算机控制系统的发展历程
《计算机控制技术》课件
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目录
• 计算机控制技术概述 • 计算机控制系统组成 • 计算机控制系统的基本原理 • 计算机控制系统的设计方法 • 计算机控制系统的实现技术 • 计算机控制系统的应用实例
01
计算机控制技术概述
定义与特点
总结词
计算机控制技术的定义和特点
详细描述
计算机控制技术是指利用计算机对工业生产过程进行自动控制的技术。它具有 高精度、高效率、高可靠性的特点，能够实现生产过程的自动化、智能化和信 息化。
动控制。
监控软件
用于实时监控系统的运行状态 ，显示各种参数和数据，以及
进行故障诊断和报警等。
数据库软件
用于存储和管理各种数据，如 历史数据、实时数据等。
操作系统
提供计算机控制系统的运行环 境和基础服务。
人机接口
01
02
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界面设计
设计易于操作的人机界面 ，包括图形界面和文本界 面等。
交互方式
提供多种交互方式，如鼠 标操作、键盘输入等，方 便用户进行操作和控制。
常见的开环控制系统有步进电机 控制系统、温度控制系统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是一种包含反馈环节的控制系统，通过检测系统输出结果，将检测结 果反馈给输入端，与输入信号进行比较，根据比较结果调整输入信号。
闭环控制系统的优点是能够实时调整系统输出，提高控制精度和稳定性，但结构相 对复杂。
常见的闭环控制系统有伺服电机控制系统、数控机床控制系统等。
自适应控制
通过调整控制器参数，使系统能够自动适应环境变化和不确定性， 保持最优性能。
鲁棒控制
设计具有鲁棒性的控制系统，使系统在存在不确定性和干扰的情况 下仍能保持稳定和良好的性能。
计算机控制系统的发展趋势
计算机控制系统的发展趋势计算机控制系统随着计算机科学、自动控制理论、网络技术、检测技术的发展，在工业4.0 以及中国制造2025 计划的推动下，其发展趋势大致如下。
1.网络化的控制系统随着计算机技术和网络技术的不断发展，各种层次的计算机网络在控制系统中得到了广泛应用。
计算机控制系统的规模越来越大，其结构也发生了变化，经历了计算机集中控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统，向着网络控制系统（Network Control System，NCS）发展。
网络控制系统的结构示意图如图所示。
在工业自动化向智能化的发展进程中，通信已成为关键问题之一，但由于多种类型现场总线标准并存，不同类型的现场总线设备均配有专用的通信协议，互相之间不能兼容，无法实现互操作和协同工作，无法实现信息的无缝集成。
使用者迫切需要统一的通信协议和网络。
因此，基于TCP/IP 的以太网进入工业控制领域并且得到了快速发展。
比如，惠普公司应用IEEE 1451.2 标准，生产的嵌入式以太网控制器具有10-Base 以太网接口，运行FTP/HTTP/TCP/UDP，应用于传感器、驱动器等现场设备。
再如，FF 提出的IEC 61158 标准中类型 e 所定义的HSE（High Speed Ethernet）协议，用高速以太网作为H2 的一种替代方案，选用100Mbit/s 速率的以太网的物理层、数据链路层协议，可以使用低价位的以太网芯片、支持电路、集线器、中继器和电缆。
国内浙大中控也推出了基于EPC（Ethernet for Process Control）的分布式网络控制系统，将Ethernet 直接应用于变送器、执行机构、现场控制器等现场设备间的通信。
网络化控制系统就是将控制系统的传感器、执行器和控制器等单元通过网络连接起来。
其中的网络是一个广义的范畴，包含了局域网、现场总线网、工业以太网、无线通信网络、Internet 等。
随着物联网概念的提出以及控制系统发展的需求，以无线通信模式为新特征的物联网控制系统，必将成为计算机控制系统的重要发展方向。
操作系统的发展历程与不同版本的特点
操作系统的发展历程与不同版本的特点简介：操作系统是计算机系统中最基本、最核心的软件之一，它负责管理和控制计算机系统的硬件和软件资源，并提供用户与计算机硬件之间的接口。
随着计算机技术的不断发展，操作系统也经历了多个版本的演变和更新。
本文将以操作系统的发展历程为线索，介绍操作系统的不同版本及其特点。
一、早期操作系统（20世纪40年代到60年代）在计算机技术刚刚诞生的早期，操作系统的概念并不明确。
20世纪40年代，第一台电子管计算机ENIAC诞生，但当时并没有操作系统的概念，计算任务完全由人工控制。
随着计算机的快速发展，20世纪50年代到60年代，出现了一系列早期操作系统，如EDSAC、UNIVAC 等。
这些早期操作系统主要特点是简单、粗糙，以批处理方式工作，无法并行处理。
二、批处理操作系统（20世纪60年代到70年代）1960年代末期，批处理操作系统开始出现。
批处理操作系统能够自动化地处理一批批的作业，无需人工干预，大大提高了计算机的利用率。
其中最具代表性的是IBM的OS/360系统，该系统采用了分时技术和虚拟存储器管理，使多用户能够同时共享计算机资源。
此外，这个时期也诞生了众多操作系统的发展方向，如分布式操作系统、实时操作系统等。
三、个人计算机操作系统（20世纪80年代到90年代）20世纪80年代，个人计算机开始普及，这也催生了个人计算机操作系统的发展。
其中最具代表性的是微软的MS-DOS和苹果的Mac OS。
MS-DOS是基于命令行界面的操作系统，用户需要通过输入指令来完成各种操作。
而Mac OS则是首个图形用户界面操作系统，用户可以通过鼠标进行操作。
这一时期，操作系统着重于提供用户友好的界面和多媒体功能。
四、网络操作系统（20世纪90年代至今）20世纪90年代，互联网的普及和发展推动着计算机系统的演进。
此时的操作系统更加注重网络通信和数据交换。
最典型的例子是Unix操作系统和Windows操作系统。
计算机操作系统的发展历程和未来趋势
计算机操作系统的发展历程和未来趋势计算机操作系统是控制和管理计算机硬件与软件资源的核心软件，它负责协调计算机的各种任务，提供用户与计算机之间的接口，可以说是计算机的灵魂。
本文将探讨计算机操作系统的发展历程和未来趋势。
一、计算机操作系统的发展历程1. 批处理系统时代计算机操作系统的发展可以追溯到上世纪50年代，当时的计算机只能处理一条指令或一批指令。
最早期的操作系统是批处理系统，它可以自动地按照一定的顺序执行一批程序，提高了计算机资源的利用效率。
然而，批处理系统存在资源浪费和长作业排队等问题，对计算机的管理还比较简单。
2. 分时操作系统时代20世纪60年代，随着计算机的发展和通信技术的进步，分时操作系统开始出现。
分时操作系统允许多个用户同时登录到计算机上进行操作，每个用户都可以独立地使用计算机资源，提高了计算机的利用率。
同时，分时操作系统还引入了时间片轮转的调度算法，保证每个用户都能获得公平的计算机资源，为计算机的多用户共享奠定了基础。
3. 多道程序设计系统时代70年代末开始出现了多道程序设计系统。
多道程序设计系统允许多个程序同时存放在内存中，通过操作系统的管理，实现了程序的并发执行。
这个时期的操作系统引入了进程的概念，为程序的执行提供了更多的灵活性和并发性。
4. 客户机-服务器操作系统时代随着计算机网络的普及和互联网的崛起，客户机-服务器操作系统成为了主流。
客户机-服务器操作系统是将计算机系统划分为客户机和服务器两个部分，客户机提供用户界面和应用程序，而服务器则提供数据存储和处理的服务。
这个时期的操作系统更加注重网络和分布式计算的支持，为用户提供了更多的功能和便利。
5. 当前时代当前，计算机操作系统正不断发展和进化。
随着云计算、大数据和人工智能等技术的兴起，操作系统也面临着新的挑战和机遇。
现代操作系统正在朝着更高的性能、更高的稳定性和更好的用户体验方向发展。
同时，安全性和隐私保护也日益受到重视，操作系统需要提供更强大的安全功能来应对威胁和攻击。
PLC的发展历程及未来趋势
PLC的发展历程及未来趋势PLC（可编程逻辑控制器）是一种用于自动化控制领域的计算机控制系统。
本文将探讨PLC在其发展历程中经历的重要阶段，并展望PLC未来的趋势。
一、PLC的发展历程1. 第一代PLC的出现20世纪60年代，由于传统的继电器控制系统运行效率低下，人们迫切需要一种可以更高效地控制工业设备的解决方案。
于是，第一代PLC诞生了。
它们采用了基本的运算逻辑（AND、OR、NOT）来处理输入信号，并根据设定的程序决定输出信号。
这些PLC拥有有限的功能，主要通过继电器来控制设备。
2. 第二代PLC的改进20世纪70年代和80年代，PLC经历了巨大的改进。
第二代PLC采用了微处理器技术，运行速度更快，存储容量更大，允许更复杂的控制任务。
此外，PLC还开始支持模拟信号处理和通信接口，可以与其他设备进行数据交换。
这些改进大大提高了PLC的可靠性和灵活性，使其在工业自动化领域得到广泛应用。
3. 第三代PLC的革命20世纪90年代至今，在计算机技术迅速发展的推动下，PLC迎来了一次革命性的变革。
第三代PLC具备更强大的处理能力，高级编程语言的支持以及更加智能化的功能。
这些PLC集成了各种传感器和执行器，能够实现更复杂的控制逻辑和更高级的自动化任务。
此外，PLC 还开始支持远程监控、网络通信、互联互通等先进功能。
二、PLC未来的趋势1. 更加智能化随着人工智能和机器学习的快速发展，未来的PLC将变得更加智能化。
它们将能够自动学习和优化控制策略，实现更高效的工业自动化。
同时，PLC将更好地与人机界面结合，通过人机交互实现更友好的操作和调试。
2. 更加灵活随着工业的快速变化，PLC需要更加灵活地适应不同的生产需求。
未来的PLC将更好地支持可扩展性和模块化设计，使其能够快速配置和集成不同的控制设备。
此外，PLC还将更好地支持实时监控和远程访问，方便用户进行远程管理和维护。
3. 更高级的安全性随着工业自动化的普及，安全性成为了一个重要的考虑因素。
(完整版)控制系统发展史
控制系统发展史1 引言控制系统其实从20世纪40年代就开始使用了，早期的现场基地式仪表和后期的继电器构成了控制系统的前身。
现在所说的控制系统，多指采用电脑或微处理器进行智能控制的系统，在控制系统的发展史上，称为第三代控制系统，以PLC和DCS为代表，从70年代开始应用以来，在冶金、电力、石油、化工、轻工等工业过程控制中获得迅猛的发展。
从90年代开始，陆续出现了现场总线控制系统、基于PC 的控制系统等，本文将简要介绍各种常见的控制系统，并分析控制系统的演进过程和发展方向。
2 集散控制系统DCS2.1 DCS 的发展历程70 年代中期，由于设备大型化、工艺流程连续性要求高、要控制的工艺参数增多，而且条件苛刻，要求显示操作集中等，使已经普及的电动单元组合仪表不能完全满足要求。
在此情况下，业内厂商经过市场调查，确定开发的DCS 产品应以模拟量反馈控制为主，辅以开关量的顺序控制和模拟量开关量混合型的批量控制，它们可以覆盖炼油、石化、化工、冶金、电力、轻工及市政工程等大部分行业。
1975 年前后，在原来采用中小规模集成电路而形成的直接数字控制器(DDC) 的自控和计算机技术的基础上，开发出了以集中显示操作、分散控制为特征的集散控制系统(DCS)。
由于当时计算机并不普及，所以开发DC阪强调用户可以不懂计算机就能使用DCS同时，开发DCS还应强调向用户提供整个系统。
此外，开发的DCS 应做到与中控室的常规仪表具有相同的技术条件，以保证可靠性、安全性。
在以后的近30年间，DCS先与成套设备配套，而后逐步扩大到工艺装置改造上，与此同时，也分成大型DCS和中小型DCS两类产品，使其性能价格比更具有竞争力。
DCS^品虽然在原理上并没有多少突破，但由于技术的进步、外界环境变化和需求的改变，共出现了三代DCS^品。
1975年至80年代前期为第一代产品，80年代中期至90年代前期为第二代产品，90年代中期至21 世纪初为第三代产品。
计算机控制系统发展动向的思索
求。
优点 弥补可编程 序控 制器 Ｉ ／ Ｏ点数 较
少、 个Ｉ 单 ／ Ｏ点采 集成 本高 的 缺陷 ， 泸 如
制 造 厂 家在 扩 展 功 能方 面 的 努力 ．
为用 白实现工 艺过程控制系统 一体化 创造了条件。中小型生产过程控制系统
一
州天然气化工厂 ２ ０ ｔ 屎素工程监控 ４ ｋ／ ｙ
个 回路的 ＰＤ控制，１ Ｉ １ ０点总数可达数 十点乃至上百点，非常适合小型装置使
用。
一
在工业生产过程 中， ｌ６ 年问世 ９ ９ 的 Ｐ Ｃ和 １ ７ 年 问世的ＤＣ Ｌ ５ ９ Ｓ可能是 两类影响最为深远的计算机控制系统。 Ｐ Ｃ的 问世取代 了继电器之类的器件， Ｌ
实现 了 开 关量 的 联 锁控 制 ，程 序控 制
一
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。
Ｓ ｓ ｍ， Ｃ Ｃ ） ｙｔ Ｐ Ｂ Ｓ也呈现 良好的 发展态 ｅ 势。本文将针对以上的动向谈谈作者的
想法
台盘装仪表形式的可编程序控制器可
完 成双 回路 、４回路 ．８回路甚 至 ２ ４
ＳＰ Ｌ Ｃ、ＹＳ ７ ，美国福克斯渡罗公司 ｌ０
的 ＭＩ Ｒ ７ ０ ６ 、 ７ ２ 美 国霍 尼 Ｃ Ｏ ６ ，７ １ ６ ，
韦尔公 司 的 ＵＤ ６ ０ 、６ ０ Ｃ ０ ０ ３ ０及国 产 Ｄ Ｚ 一３ ０ Ｔ Ｂ ２ １Ａ等均 可 以这种方 式构成
设备共 同组成控制系统，此时记录仪以
的控制模式和方便实用的 Ｃ Ｔ显示手 Ｒ 段、很快为中国用户所接受．而在国外 出现更早 的Ｐ Ｃ却迟至 ８ 年代韧才为 Ｌ Ｏ 中国技术人员所知晓。不久因单回路可 编程序控制器的普及，又出现了Ｐ ＋ Ｃ 单 回路可编程序控 制器组合的计算 机控 制系统．由于此方案的数据采集 、控制 功能均 由单回路可编程序控制器完成， 集 中管理在 Ｐ Ｃ机上实现，系统组成灵 话、规模可变 ，危 险分散 ，费用不高 ， 所 当时就有学者 指出这 是最符台 中 国国情 的一种控制 系统 选型方案 。在 中国市 场上影响最大 的 日本 山武公司
了解计算机操作系统的发展历程
了解计算机操作系统的发展历程计算机操作系统作为计算机科学的重要组成部分，扮演着控制计算机硬件和软件资源的关键角色。
它是一种系统软件，连接着应用软件和硬件设备，为用户提供了一个友好的界面，并且高效地管理系统资源。
计算机操作系统的发展历程可以追溯到二十世纪五十年代，随着计算机技术的飞速发展和应用需求的不断提升，操作系统也得到了快速的演进。
下面我将一一为大家介绍计算机操作系统的发展历程。
1. 早期批处理系统早期的计算机系统并没有操作系统的概念，用户需要手动控制硬件设备并编写程序进行操作。
直到1956年，IBM推出了第一套批处理系统——IBM 7090系统。
这个系统采用了一种全新的方式，即按照用户提交的一批程序进行自动化执行，极大地提高了计算机工作效率。
2. 多道批处理系统随着计算机规模的不断扩大和应用需求的增加，研发人员开始思考如何进一步提高计算机资源的利用率。
在1960年代中期，多道批处理系统应运而生。
多道批处理系统允许多个作业同时驻留在内存中，通过操作系统进行合理的调度和切换，从而实现多个程序的并发执行，提高了计算机的吞吐量。
3. 分时操作系统分时操作系统是计算机操作系统的又一次飞跃。
它诞生于上世纪六十年代末期，旨在解决多个用户同时共享计算机的需求。
这种操作系统能够在单位时间内轮流为每个用户提供计算资源，并通过终端设备实现与用户的交互。
分时操作系统的典型代表是UNIX操作系统，它开创了操作系统的新篇章。
4. 客户端-服务器架构随着互联网的兴起和计算机网络技术的发展，客户端-服务器架构开始成为主流。
客户端-服务器架构是指通过网络将计算机系统分为客户端和服务器两个部分，客户端提供用户界面，而服务器提供计算和存储等服务。
这种架构下的操作系统，如Windows、Linux等，能够满足网络化应用的需求，实现资源共享和分布式处理。
5. 分布式操作系统随着大规模分布式计算的兴起，分布式操作系统应运而生。
分布式操作系统是指将计算机系统的资源和服务分布在多个计算节点上，通过网络进行协调和管理的操作系统。
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浅谈计算机控制系统的发展
摘要：论述了计算机控制系统的发展历史及发展趋势，分析了计算机控制系统的组成部分及其特点。
并且对当前计算机系统的发展情况做出评价。
关键词：计算机控制系统发展
1 引言
计算机控制系统就是利用计算机（通常称为工业控制计算机）来实现工业过程自动控制的系统，并且是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起而应运产生的综合控制系统，它紧密依赖于最新发展的计算机技术、网络通信技术和控制技术,在计算机参与工业系统控制的历史长河中扮演了重要的角色。
2 计算机控制系统的发展情况
在60 年代,控制领域中就引入了计算机。
当时计算机的作用是控制调节器的设定点，具体的控制则由电子调节器来执行, 这种系统称作是计算机监控系统。
这种系统的调节器主要是采用了模拟调节器。
系统中既有计算机又有调节器，系统复杂，投资又大。
在60 年代末期出现了用一台计算机直接控制一个机组或一个车间的控制系统，简称集中控制系统，集中控制系统在计算机控制系统的发展过程中起到了积极作用。
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、几百个回路的控制时，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系统( DCS )。
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，如图 1 所示。
图 1 典型集散控制系统的网格结构
分布式控制系统是在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。
分布式控制系统如图2 所示。
图2 分布式控制系统的组成结构
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3个原则，即：纵向分
层，横向分解，多级结构与分布结构。
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
系统之间控制目标的协调管理，使系统控制目标优化程度提高，可靠性增强。
3 计算机控制系统的发展趋势
随着企业网技术的发展，计算机控制系统的网络通讯能力和网络连接规模得到极大提高，使得原本在分布式的网络环境中较难实现的数据传输和交换，可以在一个贯穿的网络环境中实现。
尤其是现场级网络技术在工业控制系统中的出现，带来现场级设备和仪表单元的网络化，从而使控制系统的底层也可以通过网络相互连接起来。
同时，每个网端可以容纳不同回路系统的现场级设备和仪表单元，而实际上不同的网端还可以通过网桥相互连接，这样就使得现场级网络的连接能力可以进一步提高。
新一代计算机控制系统的结构发生了明显变化，逐步形成两层网络的系统结构（如图3所示）。
图3 两层网络的计算机控制系统结构
在此种计算机控制系统结构中，上层负责完成高层管理功能, 包括各种控
制功能之间的协调、系统优化调度、信息综合管理和组织以及总体任务的规划等。
底层负责完成所有具体控制任务，如参数调节的回路控制、过程数据的采
集和显示、现场控制的监视以及故障诊断和处理等。
因此，新的系统结构使得
整体系统出现了扁平化趋势，即所有的高层次控制、管理和调度任务均在上一
层完成,而所有的具体控制、显示、记录和诊断任务均在下一层完成。
这种系统的优势是：简化了系统的结构和层次，缩短了上层控制任务到下层单元实施过程，实现了较大规模的信息交换公共平台，加强了上层子系统与下层子系统或单元之间的联系。
4 计算机控制系统的发展评价
计算机控制系统的发展及应用，除了受到系统优缺点的影响，系统实际控制质量还起着重要的作用。
在计算机控制系统的发展过程中始终存在对系统控制质量的评价问题。
一般从以下几个方面对控制系统进行评价。
第一，对系统质量的评价。
其主要包括采用的控制结构、设计的控制算法、具有的各种功能以及能够达到的控制指标。
一个优良的控制系统所采用的控制结构应当简单而合理，控制算法应当在满足控制指标要求的同时尽量简单，所提供的功能应当尽量广泛。
第二，对系统实时性的评价。
对系统实时性的评价应当采用分级分回路分别进行的方法。
不同的级对实时性的要求不同，愈靠近底层实时性要求越高。
即使在同一级，不同的控制任务对实时性的要求也不同。
第三，对系统可靠性的评价。
系统可靠性有完整的衡量指标与设计方法。
系统的可靠性的主要指标包括系统设备故障率、系统故障累计概率、系统利用率、系统平均无故障时间、修复时间等。
第四，对系统可扩展性的评价。
为适应生产的发展和系统的应用范围，可扩展性是必不可少的，对任何一个控制系统来说，可扩展性主要表现为可扩展多少通道、多少接口、多少回路、多少采样点，以及可提供多少存储容量和内存空间。
第五，对经济指标的评价。
通常采用性能价格比进行系统经济指标的评价，即将系统建设的费用与系统能够实现的功能相比较，以确定系统的整体效益和应用前景。
5 结语
计算机控制就是用计算机对一个动态对象或过程进行控制。
在计算机控制系统中，用计算机代替自动控制系统中的常规控制设备，对动态系统进行调节和控
制，这是对自动控制系统所使用的技术装备的一种革新。
这一革新，改变了自动控制系统的结构，也导致对这类系统的分析和设计发生较多的变化。
此外，随着计算机技术、高级控制策略、现场总线技术和网络技术的不断发展，工程上对于控制系统的控制水平要求越来越高，这也必将推动计算机控制系统的水平向更高的层次发展。
参考文献
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