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1、计算机控制技术课程综合论文计算机控制技术课程综合论文计算机控制技术的应用及发展简述班级： 1404051学号：14040510071姓名： 尤宗毅 提交日期：2017.6.15计算机控制技术与系统的应用与发展在石油、化工、冶金、电力、轻工和建材等工业生产中连续的或按一定程序周期进行的生产过程的自动控制称为生产过程自动化。生产过程自动化是保持生产稳定、降低消耗、降低成本、改善劳动条件、促进文明生产、保证生产安全和提高劳动生产率的重要手段，是20世纪科学与技术进步的特征，是工业现代化的标志。凡是采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制就称为过程控制。过程控制系统可以分为常

2、规仪表过程控制系统与计算机过程控制系统两大类。随着工业生产规模走向大型化、复杂化、精细化、批量化，靠仪表控制系统已很难达到生产和管理要求，计算机控制系统是近几十年发展起来的以计算机为核心的控制系统。1.1 计算机控制系统的发展回顾世界上第一台电子数字计算机于1946年在美国问世。经历了十多年的研究，1959年世界上第一台过程控制计算机TRW-300在美国德克萨斯的一个炼油厂正式投入运行。这项开创性工作为计算机控制技术的发展奠定了基础，从此，计算机控制技术获得了迅速的发展。回顾工业过程的计算机控制历史，经历了以下几个8寸期：(1)起步时期(20世纪50年代)。20世纪50年代中期，有人开始研究将

3、计算机用于工业过程控制。(2)试验时期(20世纪60年代)。1962年，英国的帝国化学工业公司利用计算机完全代替了原来的模拟控制。(3)推广时期(20世纪70年代 。随着大规模集成电路(LSI)技术的发展，1972年生产出了微型计算机(mi-ero-computer)。其最大优点是运算速度快，可靠性高，价格便宜和体积小。(4)成熟时期(20世纪80年代)。随着超大规模集成电路(VLSI)技术的飞速发展，使得计算机向着超小型化、软件固定化和控制智能化方向发展。80年代末，又推出了具有计算机辅助设计(CAD)、专家系统、控制管理融为一体的新型集散控制系统。(5)进一步发展时期(20世纪90年代)。

4、在计算机控制系统进一步完善应用更加普及，价格不断下降的同时，功能却更加丰富，性能变得更加可靠。1.2 计算机过程控制系统的分类计算机控制系统的应用领域非常厂泛，计算机可以控制单个电机、阀门，也可以控制管理整个工厂企业；控制方式可以是单回路控制，也可以是复杂的多变量解耦控制、自适应控制、最优控制乃至智能控制。因而，它的分类方法也是多样的，可以按照被控参数、设定值的形式进行分类，也可以按照控制装置结构类型、被控对象的特点和要求及控制功能的类型进行分类，还可以按照系统功能、控制规律和控制方式进行分类。常用的是按照系统功能分类。其分为以下几类：（1）基于PC总线的板卡与工控机的计算机控制系统：是一个典

5、型的DDC控制系统（2）基于数字调节器的计算机控制系统：数字调节器是一种数字化的过程控制仪表，其外表类似于一般的盘装仪表，而其内部由微处理器、RAM、ROM、模拟量和数字量I/O通道、电源等部分构成的一个微型计算机系统。一般有单回路、2回路、4回路或8回路的调节器，控制方式除一般PID之外，还可组成串级控制、前馈控制等。（3）基于PLC的计算机控制系统：PLC是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物,是一种进行数字运算的电子系统，是能直接应用于工业环境下的特殊计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并具有较强的驱动能力，能够较好地解决工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。（

6、4）基于嵌入式系统的计算机控制系统嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统及用户应用程序等四部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。应用嵌入式系统，要求针对特定应用、特定功能开发特定系统，即要求系统与所嵌入的应用环境成为一个统一的整体，具有紧凑、高可靠性、实时性好、低功耗等技术特点，因此就必须研究它的独特的设计方法和开发技术，这是嵌入式系统成为一个相对独立的计算机研究领域的原因。（5）集散控制系统（DCS）为满足大型工业生产要求，以微

7、型计算机为基础，从综合自动化的角度，按分散控制、集中操作、综合管理和分而自治的设计原则而设计的一种集散型综合控制系统，广泛用于模拟量回路控制较多的行业，尽量将控制所造成的危险性分散，而将管理和显示功能集中。 先进的分散型控制系统将以CIMS/CIPS为目标，以新的控制方法、现场总线智能化仪表、专家系统、局域网络等新技术，为用户实现过程控制自动化相结合的管控一体化的综合集成系统。（6）现场总线控制系统（FCS）FCS（Field-bus Control System）是一种以现场总线为基础的分布式网络自动化系统，它既是现场通信网络系统，也是现场自动化系统。作为一种现场通信网络系统，FCS具有开放

8、式数字通信功能，可与各种通信网络互连；作为一种现场自动化系统，FCS把安装于生产现场的具有信号输入、输出、运算、控制和通信功能的各种现场仪表或现场设备作为现场总线的节点，并直接在现场总线上构成分散的控制回路。（7）计算机集成制造/过程系统（CIMS/CIPS）CIMS是基于1973年美国Dr.Joseph HarringtonComputer Integrated Manufacturing博士论文中提出的CIM概念而构成的一种现代制造系统。1）企业生产的各个环节，即从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理到售后服务的全部生产活动，彼此是紧密连接的，是一个不可分割的整体，应该在企业整体框架下统

9、一考虑各个环节的生产活动；2）整个生产过程的实质是一个数据的采集、传递和加工处理的过程，最终形成的产品可以看作是“数据”的物质表现。它是以数据库为核心，任何终端都需通过企业内的控制局域网络和管理局域网络与数据库交换数据、信息、知识。数据库由实时数据库和关系数据库组成，实时数据库用来存储工业现场数据、系统运行状况信息、先进控制和过程优化指令等；关系数据库用于企业ERP层的支持，并可存放实时数据库中的永久性数据。管理局域网络对内与关系数据库连接，对外与Internet 连接，是企业管理信息化的物理载体。1.3 计算机过程控制系统国内外应用状况近十几年，过程控制系统发展非常迅速，由于集散控制系统是这

10、一领域的主导发展方向，各国厂商都在这一市场不断推陈出新。美国和日本的产品代表两个主要的发展方向：美国厂商重点推出开放型集散系统，加速研制现场总线产品，推广应用智能变送器；日本厂商则着重发展高功能集散系统，从软件开发入手，挖掘软件工作的潜力，强调控制功能和管理功能的结合。20世纪80年代，比较著名的大型集散控制系统新产品有：美国Honeywell公司的TDC-3000，Foxboro公司的VAS，Bailey公司的INn-9o，日本横河公司的CENTRUMXL，英国Oxford Automation公司的SYSTEM-86，德国Siemens公司的TELEPERM系统等等。这些都属于第三代DCS

11、，控制点可达到一万点以上，系统结构接近标准化，采用局域网技术。它的主要改变是在局域网络方面，采用了符合国际标准化组织ISO的OSI开放系统互连的参考模型。因此，在符合开放系统的各制造厂商产品间可以互相连接、互相通讯和进行数据交换，第三方的应用软件也能在系统中应用，从而使集散控制系统进入了更高的阶段。在2o世纪9o年代初，随着对控制和管理要求的不断提高，第四代集散控制系统以管控一体化的形式出现。它在硬件上采用了开放的工作站，使用MSC替代CISC，采用了客户机服务器(ClientServer)的结构。在网络结构上增加了工厂信息网(Intranet)，并可与国际信息网联网。在软件上则采用UNIX系

12、统和X-Windows的图形用户界面，系统的软件更丰富。同时，在制造业，计算机集成制造系统(CIMS)得到了应用，使人们看到了应用信息管理系统的经济效益。随着现场总线技术的出现，在世界上引起了广泛重视，各大仪表制造厂商纷纷在自己的DCS系统中融7、现场总线技术，推出现场总线控制系统及相应的现场总线仪表装置。第四代集散控制系统的典型产品有Honeywell公司的TPS控制系统，横河公司CENTE R CS控制系统，Foxboro公司lAS 5051系列控制系统，ABB公司Advant系列OCS开放控制系统等。这代集散控制系统主要是为解决DCS系统的集中管理而研制，它们在信息的管理、通讯等方面提供

13、了综合的解决方案。 1.4 计算机过程控制系统的发展趋势计算机控制系统以其特有的优势和强大的功能，已在过程控制领域得到广泛的应用。同时，随着计算机软硬件技术和通讯技术的飞速发展，新的控制理论和新的控制方法也层出不穷。展望未来，它的发展趋势有以下几个方面。(1)大力推广应用成熟的先进技术。普及应用具有智能VO模块的、功能强、可靠性高的可编程控制器(PLC)，广泛使用智能化调节器，采用以位总线(Bit-bus)、现场总线(Field-bus)技术等先进网络通讯技术为基础的新型DCS和FCS控制系统。(2)大力研究和发展智能控制系统。智能控制是一种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

14、，也是用机器模拟人类智能的又一重要领域。智能控制系统的类型主要包括：分级梯阶智能控制系统、模糊控制系统、专家控制系统、学习控制系统、人工神经网络控制系统和基于规则的仿人工智能控制系统等。(3)控制与管理结合，向低成本自动化(1ow Cost Automation，LCA)方向发展。LCA是一种以现代技术实现常规自动化系统中的主要的、关键的功能，而投资较低的自动化系统。在DCS和FCS的基础上，采用先进的控制策略，将生产过程控制任务和企业管理任务共同兼顾，构成计算机集成控制系统(CIPS)，可实现低成本综合自动化系统的方向发展。总之，由于计算机过程控制在控制、管理功能、经济效益等方面的显著优点，使之在石油、化工、冶金、航天、电力、纺织、印刷、医药、食品等众多工业领域中得到广泛的应用。计算机控制系统将会随着计算机软硬件技术、控制技术和通讯技术的进一步发展而得到更大的发展，并深入到生产的各部门。