计算机控制技术综述

计算机控制技术综述

摘要：随着科学技术的进步，人们越来越多地用计算机来实现控制系统，因此，充分理解计算机控制技术是十分重要的。近年来，自动控制技术、计算机技术、网络与通信技术、检测与传感器技术、显示技术、电子技术的高速发展，给计算机控制技术带来了巨大的变革。在现代工业，人们利用计算机控制技术可以完成常规控制技术无法完成的任务，达到常规控制技术无法达到的性能指标。

关键字：计算机控制，CCS，DCS，FCS

1、计算机控制系统

计算机控制系统(Computer Control System 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定控制目的而构成的系统。这里的计算机通常指数字计算机，可以有各种规模，如从微型到大型的通用或专用计算机。辅助部件主要指输入输出接口、检测装置和执行装置等，与被控对象的联系和部件间的联系可以是有线方式，如通过电缆的模拟信号或数字信号进行联系，也可以是无线方式，如用红外线、微波、无线电波、光波等进行联系。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、实验装置、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。

1.1 计算机控制系统的组成

计算机控制系统由计算机（工控机）和生产过程两大部分组成

1.1.1工业控制机

工业控制机是按照生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，包括硬件和软件两个组成部分。

（1）硬件组成包括主机板、内部总线和外部总线、人机接口、硬盘系统、通信接口、输入输出通道。

（2）软件可分为系统软件和应用软件系统软件包括实时多任务操作系统、引导系统、调度执行程序。应用软件包括输入程序、过程控制程序、过程输出程序、人机接口程序和公共子程序等。

1.1.2 生产过程生产过程包括被控对象的测量变送、执行机构、电气开关等装置。

1.2计算机控制系统的工作原理

在计算机控制系统中，由于工业控制机的输入和输出是数字信号，因此需要有A/D和D/A 转换器。由于过程控制一般都是实时控制，有时对计算机速度的要求不高，但要求可靠性高、响应及时。计算机控制系统的工作原理可归纳为以下三个过程：

(1)实时数据采集对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。

(2)实时控制决策对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。

(3)实时控制输出根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。

这三个过程不断重复，使整个系统按照一定的品质指标进行工作，并对被控量和设备本身的异常现象及时作出处理。

1.3 计算机控制系统的应用类型

1.3.1 操作指导控制系统

该系统不仅具有数据采集和处理的功能，而且能够提供反映生产过程工况的各种数据，属于开环控制结构。

1.3.2 直接数字控制系统

计算机根据控制规律进行运算，然后将结果经过过程输出通道作用到被控对象，从而使被控变量符合要求的性能指标。与模拟系统不同之处在于在模拟系统中信号的传送不需要数字化，而数字系统必须先进行模数转换，输出控制信号也必须进行数模转换，然后才能驱动执行机构。

1.3.3数据采集系统

在这种应用中计算机只承担数据的采集跟处理工作，而不直接参与控制。它对生产过程各种工艺变量进行巡回检测、处理、记录及变量的超限报警，同时对这些变量进行累计分析和实时分析得出各种趋势分析为操作人员提供参考。

1.3.4 集散控制系统

集散控制系统（DCS），也叫分布式控制系统，采用分散控制、集中操作、分级管理、分而治之和综合协调的方法，把系统从上到下分为分散过程控制级、集中操作监控级、综合信息管理级，形成分级分布式控制。

1.3.5现场总线控制系统

现场总线控制系统（FCS）是新一代分布式控制系统。它的结构模式为：“操作站——现场总线智能仪表”两层结构。

2、计算机控制系统的硬件技术

2.1总线技术

总线就是将各部件连接到计算机处理器的一个元件。要连接的部件包

括硬盘、内存、音响系统和视频系统等。总线的优点就是能够更加方便地更换各个部件。

2.2 总线扩展技术

总线扩展为一种在主机系统上增加总线插槽数的技术。通常会先在主机系统上安装总线扩展卡，再以屏蔽式缆线连到另一台包含背板以及电源的机箱，以用来扩展总线的插槽数。

2.3基于串行总线的计算机控制系统硬件技术

RS-232-C总线是一种串行外部总线，专门用于数据终端设备DTE和数据通信设备DCE之间的串行通信。RS-232-C总线的接口连接器采用DB-25插头和插座。其中阳性插头DB-25-P 与DTE相连，阴性插座DB-25-S与DCE相连。

3计算机控制技术的发展趋势

3.1 推广应用成熟的先进技术

近年来PLC几乎都采用微处理器作为主控制器，且采用大规模集成电路作为存储器及I/O 接口，因而其可靠性、功能、价格、体积等都比较成熟和完美。由于智能的I/O模块的成功开发，使PLC除了具有逻辑运算、逻辑判断等功能外，还具有数据处理、故障自诊断、PID运算及网络等功能，从而大大地扩大了PLC的应用范围。

3.2 采用集散控制系统

集散控制系统是以微机为核心，把微机、工业控制计算机、数据通信系统、显示操作装置、输入/输出通道、模拟仪表等有机地结合起来的一种计算机控制系统，它为生产的综合自动化创造了条件。1.4.3研究和发展智能控制系统

智能控制是一类无需人的干预就能够自主地驱动智能机器实现其目标的过程，是用机器模拟人类智能的一个重要领域。应用智能控制技术和自动控制理论来实现的先进的计算机控制系统，将有力地推动科学技术进步，并提高工业生产系统的自动化水平。

智能控制技术当前主要包括以下几个方面：

（1）分级递阶智能控制技术分级递阶智能控制方法是从工程控制

论的角度出发，总结了人工智能与自适应、自学习和自组织控制的关系之后而逐渐形成的。分级递阶智能控制系统由组织级、协调级、执行级三级组成。

（2）模糊控制技术模糊控制是一种应用模糊集合理论的控制方法。可用于控制含有不确