計(jì)算機(jī)工程控制技術(shù)應(yīng)用探究

1、 計(jì)算機(jī)工程控制技術(shù)應(yīng)用探究 關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)；系統(tǒng)；應(yīng)用1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的概述分析采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的系統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，也稱為是數(shù)字控制系統(tǒng)，如果說(shuō)不考慮其量化的問(wèn)題，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要是采樣系統(tǒng)，如果說(shuō)把連續(xù)控制對(duì)象、保持器進(jìn)行離散化，采取控制系統(tǒng)就稱為是離散控制的系統(tǒng)，采樣、離散系統(tǒng)的理論是研究計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過(guò)程（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：對(duì)來(lái)自測(cè)量變送裝置的被控量的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測(cè)和輸入。（2）實(shí)時(shí)控制決策：對(duì)采集到的被控量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，并按已定的控制規(guī)律決定進(jìn)一步的的控制過(guò)程。（3）實(shí)時(shí)控制：根據(jù)控制決策，適時(shí)地對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)，完成控制任

2、務(wù)。3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）結(jié)構(gòu)上。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中除測(cè)量裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等常用的模擬部件之外，其執(zhí)行控制功能的核心部件是數(shù)字計(jì)算機(jī)，所以計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是模擬和數(shù)字部件的混合系統(tǒng)。（2）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中除仍有連續(xù)模擬信號(hào)之外，還有離散模擬、離散數(shù)字等多種信號(hào)形式。（3）由于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中除了包含連續(xù)信號(hào)外，還包含有數(shù)字信號(hào)，從而使計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與連續(xù)控制系統(tǒng)在本質(zhì)上有許多不同，需采用專門的理論來(lái)分析和設(shè)計(jì)。（4）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，修改一個(gè)控制規(guī)律，只需修改軟件，便于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律和對(duì)控制方案進(jìn)行在線修改，使系統(tǒng)具有很大靈活性和適應(yīng)性。（5）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，由于計(jì)算機(jī)具有高速的運(yùn)算能力

3、，一個(gè)控制器（控制計(jì)算機(jī)）經(jīng)?？梢圆捎梅謺r(shí)控制的方式而同時(shí)控制多個(gè)回路。（6）采用計(jì)算機(jī)控制，如分級(jí)計(jì)算機(jī)控制、離散控制系統(tǒng)、微機(jī)網(wǎng)絡(luò)等，便于實(shí)現(xiàn)控制與管理一體化，使工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高。4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩大部分組成，而一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)由下列幾部分組成：被控對(duì)象、主機(jī)、外部設(shè)備、外圍設(shè)備、自動(dòng)化儀表和軟件系統(tǒng)。（1）硬件：a）由中央處理器，時(shí)鐘電路，內(nèi)存儲(chǔ)器構(gòu)成的計(jì)算機(jī)主機(jī)是組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的核心部分。b）通用外圍設(shè)備按功能可分為輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和外存儲(chǔ)器三類。c）過(guò)程I/O通道，又稱過(guò)程通道。d）通用接口電路，一般有并行接口、串行接口和

4、管理接口（包括中斷管理、直接存取DMA管理、計(jì)數(shù)/定時(shí)等）。e）傳感器的主要功能是將被檢測(cè)的非電學(xué)量參數(shù)轉(zhuǎn)變成電學(xué)量。變送器的作用是將傳感器得到的電信號(hào)轉(zhuǎn)變成適用于計(jì)算機(jī)借口使用的標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)。f）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一般要有一套專供運(yùn)行操作人員使用的控制臺(tái)稱為運(yùn)行操作臺(tái)，操作臺(tái)一般包括各種控制開關(guān)、數(shù)字鍵、功能鍵、指示燈、聲信器、數(shù)字顯示器或CRT顯示器等。（2）軟件：軟件是指計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中具有各種功能的計(jì)算機(jī)程序的總和，如完成操作、監(jiān)控、管理、控制、計(jì)算和自診斷等功能的程序。整個(gè)系統(tǒng)在軟件指揮下協(xié)調(diào)工作。從功能區(qū)分，軟件可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。5計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型應(yīng)用方式5.1操作指導(dǎo)控制

5、系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活安全，但由于要人工操作，速度受到限制，不能控制多個(gè)對(duì)象。5.2直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）DDC系統(tǒng)是面向生產(chǎn)過(guò)程的底層應(yīng)用功能。計(jì)算機(jī)通過(guò)自動(dòng)化儀表、輸入通道、輸出通道，采集現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)，經(jīng)過(guò)處理和按一定控制規(guī)律的控制算法運(yùn)算后，向生產(chǎn)過(guò)程輸出控制信號(hào)，直接參與對(duì)過(guò)程參DAS系統(tǒng)的監(jiān)視功能。控制方案由軟件實(shí)現(xiàn)，修改靈活、方便，除能實(shí)現(xiàn)PID控制規(guī)律外，還能實(shí)現(xiàn)多回路的串級(jí)控制、前饋控制、純滯后補(bǔ)償控制、多變量解耦控制及自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、最優(yōu)控制和智能控制等復(fù)雜控制規(guī)律的控制。DDC系統(tǒng)一個(gè)是閉環(huán)控制系統(tǒng)。5.3監(jiān)督控制系統(tǒng)（SCC）SCC系統(tǒng)是一個(gè)分機(jī)的控制系統(tǒng)

6、。上級(jí)的監(jiān)督計(jì)算機(jī)從生產(chǎn)過(guò)程采集反映工況的參數(shù)，進(jìn)行尋優(yōu)計(jì)算，計(jì)算出當(dāng)時(shí)工況下的最佳給定值，提供給下級(jí)執(zhí)行DDC控制的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程的控制?？蓪?shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的最優(yōu)控制，使控制的目標(biāo)值達(dá)到最佳。SCC可以提高系統(tǒng)的可靠性，當(dāng)上位機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，DDC計(jì)算機(jī)可以獨(dú)立完成控制操作；當(dāng)DDC計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)監(jiān)督控制計(jì)算機(jī)可以取而代之，執(zhí)行控制任務(wù)。SCC是閉環(huán)控制系統(tǒng)。5.4分散控制系統(tǒng)（DCS）DCS是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和顯示技術(shù)（即所謂“四C”技術(shù)）結(jié)合起來(lái)的新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。它通過(guò)數(shù)據(jù)高速公路（或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)）將分散在不同地方，執(zhí)行不同功能的計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，按照信息共享，分散控制，集

7、中管理，總體配置，各司其職的原則，構(gòu)成的高性能，高可靠性的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)安全，可靠，便于維護(hù)、擴(kuò)展。是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，它兼有以上幾種系統(tǒng)的功能。5.5現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）是實(shí)現(xiàn)將自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制裝置與現(xiàn)場(chǎng)智能儀表互連的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線是連接工業(yè)工程現(xiàn)場(chǎng)儀表和控制系統(tǒng)之間的全數(shù)字化、雙向、多站點(diǎn)的串行通信網(wǎng)絡(luò)，與控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)儀表聯(lián)用組成現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線不單單是一種通信技術(shù)，也不僅僅是用數(shù)字儀表代替模擬儀表，它是用新一代的現(xiàn)場(chǎng)FCS代替?zhèn)鹘y(tǒng)的分散型控制系統(tǒng)DCS，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成。6計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向6

8、.1集散控制系統(tǒng)目前，在過(guò)程控制領(lǐng)域，集散控制系統(tǒng)技術(shù)已日趨完善而逐步成為廣泛使用的主流系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)又稱為以微處理器為基礎(chǔ)的分散型信息綜合控制系統(tǒng)。集散控制在其發(fā)展初期以實(shí)現(xiàn)分散控制為主，因而國(guó)外一般沿用分散控制系統(tǒng)的名稱，即DCS（DistributedControlSystem）。進(jìn)入80年代以后，分散控制系統(tǒng)的技術(shù)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向全系統(tǒng)信息的綜合管理。因考慮其分散控制和綜合管理兩方面特征，故稱為分散型綜合控制系統(tǒng)，一般簡(jiǎn)稱為集散系統(tǒng)。6.2可編程序控制器進(jìn)入20世紀(jì)80年代，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展PLC的功能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了邏輯運(yùn)算、順序控制的范圍，高檔的PLC還能如微型計(jì)算機(jī)

9、那樣進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、故障自診斷、PID運(yùn)算、聯(lián)網(wǎng)通信等。因此，把它們統(tǒng)稱為可編程序控制器PC（ProgramableController）。6.3計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS（ComputerIntegratedManufacturingSystem）是在自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)及制造技術(shù)基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)及其軟件，將制造工廠全部生產(chǎn)環(huán)節(jié)，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)控制、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)過(guò)程等所需使用的各種分散的自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)地集成起來(lái)，消除自動(dòng)化孤島，實(shí)現(xiàn)多品種、中小批量生產(chǎn)的總體高效益、高柔性的智能制造系統(tǒng)。6.4低成本自動(dòng)化近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)向高速度、大容量發(fā)展，各種功能完善、價(jià)格昂貴的計(jì)算機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)日趨完善。與此同時(shí)，國(guó)際上的科技發(fā)展動(dòng)態(tài)又向著低成本自動(dòng)化LCA（LowCostAutomation）的方向發(fā)展。結(jié)束語(yǔ)綜上所述，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是一門以電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為核心，綜合可編程控制技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)技術(shù)的精密化、生產(chǎn)設(shè)備的信息化、生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化及機(jī)電控制系統(tǒng)的最佳化的專門學(xué)