计算机控制系统的发展概况

计算机控制系统的发展概况

回顾工业过程的计算机控制历史，在20 世纪大致经历了50 年代的起步期、60 年代的试验期、70 年代的推广期、80 年代和90 年代的成熟期及进一步发展期。

世界上第一台数字计算机于1946 年在美国诞生，起初计算机用于科学计算和数据处理，之后，人们开始尝试将计算机用于导弹和飞机的控制。20 世纪50 年代开始，首先在化工生产中实现了计算机的自动测量和数据处理。1954 年，人们开始在工厂实现计算机的开环控制。1959 年3 月，世界上第一套工业过程计算机控制系统应用于美国德州一家炼油厂的聚合反应装置，该系统实现了对26 个流量、72 个温度、3 个压力和 3 个成分的检测及其控制，控制的目标是使反应器的压力最小，确定 5 个反应器进料量的最佳分配，根据催化剂的活性测量结果来控制热水流量以及确定最优循环。

1960 年，在美国的一家合成氨厂实现了计算机监督控制。1962 年，英国帝国化学工业公司利用计算机代替了原来的模拟控制，该计算机控制系统检测224 个参数变量和控制129 个阀门，因为计算机直接控制过程变量，完全取代了原来的模拟控制，所以称其为直接数字控制，简称DDC。DDC 是计算机控制技术发展过程的一个重要阶段，此时的计算机已成为闭环控制回路的一个组成部分。DDC 系统在应用中呈现出的与模拟控制系统相比所具有的优点，使人们看到了DDC 广阔的推广前景，以及它在控制系统中的重要地位，从而对计算机控制理论的研究与发展起到了推动作用。

随着大规模集成电路技术在20 世纪70 年代的发展，1972 年生产出了微型计算机，过程计算机控制技术随之进入了崭新的发展阶段，出现了各种类型的计算机和计算机控制系统。另外，现代工业的复杂性，生产过程的高度连续化、大型化的特点，使得局部范围的单变量控制难以提高整个系统的控制品质，必须采用先进控制结构和优化控制等来解决。这就导致了计算机控制系统的结构发生变化，从传统的集中控制为主的系统逐渐转变为集散型控制系统（DCS）。它的控制策略是分散控制、集中管理，同时配合友好、方便的人机监视界面和数据共享。集散式控制系统或计算机分布式控制系统为工业控制系统的水平提高提供了基础。DCS 成功地解决了传统集中控制系统整体可靠性低的问题，从而使计算机控制系统获得了大规模的推广应用。1975 年，世界上几个主要计算机和仪表公司几乎同时推出了计算机集散控制系统，如美国Honeywell 公司的TDC-2000 以及后来新一代的TDC-3000、日本横河公司的CENTUM 等。如今，DCS 已得到了广泛的工业应用。但是，DCS 不具备开放性、互操作性，布线复杂且费用高。

20 世纪70 年代出现的可编程序控制器（Programmable Logical Controller，PLC）由最初仅是继电器的替代产品，逐步发展到广泛应用于过程控制和数据处理方面，将以前界线分明的强电与弱电两部分渐渐合二为一作为统一的面向过程级的计算机控制系统考虑并实施。PLC 始终处于工业自动化控制领域的主战场，新型PLC 系统在稳定可靠及低故障率基础上，增强了计算速度、通信性能和安全冗余技术。PLC 技术的发展将能更加满足工业自动化的需要，能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案。20 世纪90 年代初出现了将现场控制器和智能化仪表等现场设备用现场通信总线互连构成的新型分散控制系统——现场总线控制系统（FCS）。FCS 是一个由现场总线、现场智能仪表和PLC、IPC 组成的系统，现场智能仪表、PLC 和监控机之间通过一种全数字化、双向、多站的通信网络连接成FCS。FCS 的可靠性更高，成本更低，设计、安装调试、使用维护更简便，是今后计算机控制系统的趋势。DCS、PLC、FCS 之间的界限已经越来越模糊，都致力于为各种工业控制应用提供集成的、新一代控制平台。在此平台上用户只需通过模块化、系列化的软件和

硬件产品组合，即可“量身定制”其控制系统。尽管随着工业控制技术的不断发展深入，最终走上融合，不同的控制系统正逐步趋于一致，但各种控制系统都有自己的应用特点和适用范围，用户都是针对不同的控制环境和技术要求而选定不同的控制系统。