计算机控制技术

计算机控制技术
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本文主要从计算机控制技术的定义、类型及发展趋势三个方面作以小结！
一、计算机控制技术定义：
计算机控制系统(Computer Control System，简称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。

二、计算机控制系统类型：
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。

与一般控制系统相同，计算机控制系统可以是闭环的，这时计算机要不断采集被控对象的各种状态信息，按照一定的控制策略处理后，输出控制信息直接影响被控对象。

它也可以是开环的，这有两种方式：一种是计算机只按时间顺序或某种给定的规则影响被控对象；另一种是计算机将来自被控对象的信息处理后，只向操作人员提供操作指导信息，然后由人工去影响被控对象。

计算机控制系统由控制部分和被控对象组成，其控制部分包括硬件部分和软件部分，这不同于模拟控制器构成的系统只由硬件组成。

计算机控制系统软件包括系统软件和应用软件。

系统软件一般包括操作系统、语言处理程序和服务性程序等，它们通常由计算机制造厂为用户配套，有一定的通用性。

应用软件是为实现特定控制目的而编制的专用程序，如数据采集程序、控制决策程序、输出处理程序和报警处理程序等。

它们涉及被控对象的自身特征和控制策略等，由实施控制系统的专业人员自行编制。

1．集中型计算机控制系统（DDC）
直接数字控制（DDC）本质上是用一台计算机取代一组模拟控制器，构成闭环控制回路。

与采用模拟控制器的控制系统相比，DDC的突出优点是计算灵活，它不仅能实现典型的PID控制规律，还可以分时处理多个控制回路。

DDC 用于工业控制的主要问题是当时计算机系统价格昂贵，同时计算机运算速度并不能满足过程实时控制的需求。

从系统功能上说，集中型计算机控制系统是DDC的发展，由于当时计算机系统造价昂贵，体积庞大，为了使计算机控制能与常规仪表竞争，试图来使用一台计算机尽可能多的控制控制回路，实现集中检测、集中控制、集中管理。

集中型计算机控制系统的优点是可以实现先进控制、连锁控制等复杂控制功能，并且控制回路的增加和控制方案的改变可以由软件方便实现，但是缺点也很明显，由于当时计算机性能低，容量小，运算速度慢，利用一台计算机控制多回路容易造成负荷过载，而且控制的集中也容易导致危险的集中，高度的集中使系统十分脆弱，一旦某一控制回路发生故障就可能导致生产过程全面瘫痪。

2．集散控制系统（DCS）
集散控制系统的核心思想是集中管理、分散控制，即管理与控制相分离，上位机用于集中监视管理，下位机则分散到各个现场实现分布式控制，上、下位机之间通过控制网络互连实现信息传递。

这种分布式的控制体系结构有力的克服了集中型数字控制系统中对控制器处理能力和可靠性要求极高的缺陷。

分布式控制思想正是得益于网络技术的发展和应用，然而，DCS厂家其控制通信网络大多采用各自专用的封闭形式，不同厂家的DCS系统之间以及DCS与上层Intranet、Internet信息网络之间难以实现网络互连和信息共享，因此集散控制系统从这个角度而言也是一种封闭的、不可相互操作的控制系统。

不过值得一提的是，近年来DCS系统的网络已经逐步从采用专有技术转向采用IT界以成为标准的以太网技术，使得DCS仍然具有相当强劲的竞争力。

3．现场总线控制系统（FCS）
现场总线控制系统兴起于20世纪90年代。

随着现场总线技术于智能仪表管控一体化（仪表调校、控制组态、诊断、报警、记录）的发展，这种开放型的工厂底层控制网络构造了新一代的网络集成式全分布计算机控制系统，即现场总线控制系统。

根据IEC标准及现场总线基金会的定义：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式双向传输、多分支结构的通信网络。

现场总线系统应具有以下技术特点：1.系统的开放性；2.互可操作性与可用性；3.现场设备的智能化与功能自治性；4.系统结构的高度分散性；5.对现场环境的适应性。

现场总线系统采用现场总线作为系统的底层控制网络，沟通生产过程中现场仪表、控制设备以及更高控制管理层次之间的联系，相互之间可以直接进行数字通信。

作为新一代的控制系统，一方面FCS突破了DCS采用专用通信网络的局限，采用了给予开放式、标准化的通信技术；另一方面FCS进一步变革了DCS 的系统结构，形成了全分布式的系统构架，把控制功能彻底下放到现场。

要取代DCS的数字/模拟混合技术，成为全数字式系统，现场总线控制系统不仅需要控制系统设备制造商的支持,更主要的是要得到分散在现场的传感器及执行设备的支持。

经过20多年的发展，共产生了60多个数字通信网络标准以连接传感器、现场设备及控制级网络,有5000多种支持这些网络的产品。

这一方面说明网络技术应用的广泛,然而另一方面也说明迫切需要一个统一的标准。

统一的现场总线标准是开放的现场总线控制系统必备的技术条件。

但事实上今天的现场总线(Field Bus)出现了群雄割据的状况，以欧洲为主要市场的有
InterBus-S ，Profibus ，CAN Bus …等等,以美国为主要市场的有LonWorks，BitBus，DeviceNet，以及分散全球各地采用RS-485接口的杂牌军。

这些现场总线各有特色，各有其发展背景。

因此，在市场上各有其专攻的市场及拥护者。

由于受集团利益的限制,现场总线网络本身至今还无法妥协出一个共同国际标准。

不同的总线产品既不能互连，也不能互换，更不能通一组态，也就不能实现互操作。

因此，现场总线设备只能作为传统DCS系统的有益补充，期待其在短期内取代DCS系统是不现实的。

三、计算机控制技术的发展趋势：
随着科学技术的不断进步，电气工程于自动化技术正以令人瞩目的发展速度，改变着我国工业的整体面貌。

同时，对社会的生产方式、人们的生活方式和思想观念也产生了重大的影响，并在现代化建设中发挥着越来越重要的作用。

随着与信息科学、计算机科学和能源科学等相关学科的交叉融合，它正在向智能化、网络化和集成化的方向发展。

计算机控制技术的应用领域日益广泛，如在机械、冶金、化工、电力、建材
等方面，已经取得了令人瞩目的研究与应用成果，并且在国民经济中发挥着越来越大的作用。

计算机控制技术以自动控制理论和计算机技术为基础，自动控制理论的发展给计算机控制系统增添了理论工具，而计算机技术的发展为新型控制规律的实现、构造高性能的计算机控制系统提供了物质基础，两者的结合将极大地推动了计算机控制技术的发展。

由于计算机控制系统的高可靠性、开放性、灵活性、易于维护、协调性、控制功能齐全等特点在工业控制领域计算机更是扮演着不可缺少的角色。

随着计算机技术、自动控制技术与网络通信技术的不断发展, 计算机控制系统中, 数字式分散控制DCS 并不会消亡, 现场总线控制系统FCS 的出现, 只是要改变DCS 中心地位, DCS 可作为现场总线的一个站点。

也可以这样说, DCS 处于控制系统中心地位的局面从此将被打破。