计算机控制系统的发展历程
《计算机控制技术》课件
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目录
• 计算机控制技术概述 • 计算机控制系统组成 • 计算机控制系统的基本原理 • 计算机控制系统的设计方法 • 计算机控制系统的实现技术 • 计算机控制系统的应用实例
01
计算机控制技术概述
定义与特点
总结词
计算机控制技术的定义和特点
详细描述
计算机控制技术是指利用计算机对工业生产过程进行自动控制的技术。它具有 高精度、高效率、高可靠性的特点，能够实现生产过程的自动化、智能化和信 息化。
动控制。
监控软件
用于实时监控系统的运行状态 ，显示各种参数和数据，以及
进行故障诊断和报警等。
数据库软件
用于存储和管理各种数据，如 历史数据、实时数据等。
操作系统
提供计算机控制系统的运行环 境和基础服务。
人机接口
01
02
03
界面设计
设计易于操作的人机界面 ，包括图形界面和文本界 面等。
交互方式
提供多种交互方式，如鼠 标操作、键盘输入等，方 便用户进行操作和控制。
常见的开环控制系统有步进电机 控制系统、温度控制系统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是一种包含反馈环节的控制系统，通过检测系统输出结果，将检测结 果反馈给输入端，与输入信号进行比较，根据比较结果调整输入信号。
闭环控制系统的优点是能够实时调整系统输出，提高控制精度和稳定性，但结构相 对复杂。
常见的闭环控制系统有伺服电机控制系统、数控机床控制系统等。
自适应控制
通过调整控制器参数，使系统能够自动适应环境变化和不确定性， 保持最优性能。
鲁棒控制
设计具有鲁棒性的控制系统，使系统在存在不确定性和干扰的情况 下仍能保持稳定和良好的性能。
计算机控制系统的发展趋势
计算机控制系统的发展趋势计算机控制系统随着计算机科学、自动控制理论、网络技术、检测技术的发展，在工业4.0 以及中国制造2025 计划的推动下，其发展趋势大致如下。
1.网络化的控制系统随着计算机技术和网络技术的不断发展，各种层次的计算机网络在控制系统中得到了广泛应用。
计算机控制系统的规模越来越大，其结构也发生了变化，经历了计算机集中控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统，向着网络控制系统（Network Control System，NCS）发展。
网络控制系统的结构示意图如图所示。
在工业自动化向智能化的发展进程中，通信已成为关键问题之一，但由于多种类型现场总线标准并存，不同类型的现场总线设备均配有专用的通信协议，互相之间不能兼容，无法实现互操作和协同工作，无法实现信息的无缝集成。
使用者迫切需要统一的通信协议和网络。
因此，基于TCP/IP 的以太网进入工业控制领域并且得到了快速发展。
比如，惠普公司应用IEEE 1451.2 标准，生产的嵌入式以太网控制器具有10-Base 以太网接口，运行FTP/HTTP/TCP/UDP，应用于传感器、驱动器等现场设备。
再如，FF 提出的IEC 61158 标准中类型 e 所定义的HSE（High Speed Ethernet）协议，用高速以太网作为H2 的一种替代方案，选用100Mbit/s 速率的以太网的物理层、数据链路层协议，可以使用低价位的以太网芯片、支持电路、集线器、中继器和电缆。
国内浙大中控也推出了基于EPC（Ethernet for Process Control）的分布式网络控制系统，将Ethernet 直接应用于变送器、执行机构、现场控制器等现场设备间的通信。
网络化控制系统就是将控制系统的传感器、执行器和控制器等单元通过网络连接起来。
其中的网络是一个广义的范畴，包含了局域网、现场总线网、工业以太网、无线通信网络、Internet 等。
随着物联网概念的提出以及控制系统发展的需求，以无线通信模式为新特征的物联网控制系统，必将成为计算机控制系统的重要发展方向。
操作系统的发展历程与不同版本的特点
操作系统的发展历程与不同版本的特点简介：操作系统是计算机系统中最基本、最核心的软件之一，它负责管理和控制计算机系统的硬件和软件资源，并提供用户与计算机硬件之间的接口。
随着计算机技术的不断发展，操作系统也经历了多个版本的演变和更新。
本文将以操作系统的发展历程为线索，介绍操作系统的不同版本及其特点。
一、早期操作系统（20世纪40年代到60年代）在计算机技术刚刚诞生的早期，操作系统的概念并不明确。
20世纪40年代，第一台电子管计算机ENIAC诞生，但当时并没有操作系统的概念，计算任务完全由人工控制。
随着计算机的快速发展，20世纪50年代到60年代，出现了一系列早期操作系统，如EDSAC、UNIVAC 等。
这些早期操作系统主要特点是简单、粗糙，以批处理方式工作，无法并行处理。
二、批处理操作系统（20世纪60年代到70年代）1960年代末期，批处理操作系统开始出现。
批处理操作系统能够自动化地处理一批批的作业，无需人工干预，大大提高了计算机的利用率。
其中最具代表性的是IBM的OS/360系统，该系统采用了分时技术和虚拟存储器管理，使多用户能够同时共享计算机资源。
此外，这个时期也诞生了众多操作系统的发展方向，如分布式操作系统、实时操作系统等。
三、个人计算机操作系统（20世纪80年代到90年代）20世纪80年代，个人计算机开始普及，这也催生了个人计算机操作系统的发展。
其中最具代表性的是微软的MS-DOS和苹果的Mac OS。
MS-DOS是基于命令行界面的操作系统，用户需要通过输入指令来完成各种操作。
而Mac OS则是首个图形用户界面操作系统，用户可以通过鼠标进行操作。
这一时期，操作系统着重于提供用户友好的界面和多媒体功能。
四、网络操作系统（20世纪90年代至今）20世纪90年代，互联网的普及和发展推动着计算机系统的演进。
此时的操作系统更加注重网络通信和数据交换。
最典型的例子是Unix操作系统和Windows操作系统。
计算机操作系统的发展历程和未来趋势
计算机操作系统的发展历程和未来趋势计算机操作系统是控制和管理计算机硬件与软件资源的核心软件，它负责协调计算机的各种任务，提供用户与计算机之间的接口，可以说是计算机的灵魂。
本文将探讨计算机操作系统的发展历程和未来趋势。
一、计算机操作系统的发展历程1. 批处理系统时代计算机操作系统的发展可以追溯到上世纪50年代，当时的计算机只能处理一条指令或一批指令。
最早期的操作系统是批处理系统，它可以自动地按照一定的顺序执行一批程序，提高了计算机资源的利用效率。
然而，批处理系统存在资源浪费和长作业排队等问题，对计算机的管理还比较简单。
2. 分时操作系统时代20世纪60年代，随着计算机的发展和通信技术的进步，分时操作系统开始出现。
分时操作系统允许多个用户同时登录到计算机上进行操作，每个用户都可以独立地使用计算机资源，提高了计算机的利用率。
同时，分时操作系统还引入了时间片轮转的调度算法，保证每个用户都能获得公平的计算机资源，为计算机的多用户共享奠定了基础。
3. 多道程序设计系统时代70年代末开始出现了多道程序设计系统。
多道程序设计系统允许多个程序同时存放在内存中，通过操作系统的管理，实现了程序的并发执行。
这个时期的操作系统引入了进程的概念，为程序的执行提供了更多的灵活性和并发性。
4. 客户机-服务器操作系统时代随着计算机网络的普及和互联网的崛起，客户机-服务器操作系统成为了主流。
客户机-服务器操作系统是将计算机系统划分为客户机和服务器两个部分，客户机提供用户界面和应用程序，而服务器则提供数据存储和处理的服务。
这个时期的操作系统更加注重网络和分布式计算的支持，为用户提供了更多的功能和便利。
5. 当前时代当前，计算机操作系统正不断发展和进化。
随着云计算、大数据和人工智能等技术的兴起，操作系统也面临着新的挑战和机遇。
现代操作系统正在朝着更高的性能、更高的稳定性和更好的用户体验方向发展。
同时，安全性和隐私保护也日益受到重视，操作系统需要提供更强大的安全功能来应对威胁和攻击。
PLC的发展历程及未来趋势
PLC的发展历程及未来趋势PLC（可编程逻辑控制器）是一种用于自动化控制领域的计算机控制系统。
本文将探讨PLC在其发展历程中经历的重要阶段，并展望PLC未来的趋势。
一、PLC的发展历程1. 第一代PLC的出现20世纪60年代，由于传统的继电器控制系统运行效率低下，人们迫切需要一种可以更高效地控制工业设备的解决方案。
于是，第一代PLC诞生了。
它们采用了基本的运算逻辑（AND、OR、NOT）来处理输入信号，并根据设定的程序决定输出信号。
这些PLC拥有有限的功能，主要通过继电器来控制设备。
2. 第二代PLC的改进20世纪70年代和80年代，PLC经历了巨大的改进。
第二代PLC采用了微处理器技术，运行速度更快，存储容量更大，允许更复杂的控制任务。
此外，PLC还开始支持模拟信号处理和通信接口，可以与其他设备进行数据交换。
这些改进大大提高了PLC的可靠性和灵活性，使其在工业自动化领域得到广泛应用。
3. 第三代PLC的革命20世纪90年代至今，在计算机技术迅速发展的推动下，PLC迎来了一次革命性的变革。
第三代PLC具备更强大的处理能力，高级编程语言的支持以及更加智能化的功能。
这些PLC集成了各种传感器和执行器，能够实现更复杂的控制逻辑和更高级的自动化任务。
此外，PLC 还开始支持远程监控、网络通信、互联互通等先进功能。
二、PLC未来的趋势1. 更加智能化随着人工智能和机器学习的快速发展，未来的PLC将变得更加智能化。
它们将能够自动学习和优化控制策略，实现更高效的工业自动化。
同时，PLC将更好地与人机界面结合，通过人机交互实现更友好的操作和调试。
2. 更加灵活随着工业的快速变化，PLC需要更加灵活地适应不同的生产需求。
未来的PLC将更好地支持可扩展性和模块化设计，使其能够快速配置和集成不同的控制设备。
此外，PLC还将更好地支持实时监控和远程访问，方便用户进行远程管理和维护。
3. 更高级的安全性随着工业自动化的普及，安全性成为了一个重要的考虑因素。
(完整版)控制系统发展史
控制系统发展史1 引言控制系统其实从20世纪40年代就开始使用了，早期的现场基地式仪表和后期的继电器构成了控制系统的前身。
现在所说的控制系统，多指采用电脑或微处理器进行智能控制的系统，在控制系统的发展史上，称为第三代控制系统，以PLC和DCS为代表，从70年代开始应用以来，在冶金、电力、石油、化工、轻工等工业过程控制中获得迅猛的发展。
从90年代开始，陆续出现了现场总线控制系统、基于PC 的控制系统等，本文将简要介绍各种常见的控制系统，并分析控制系统的演进过程和发展方向。
2 集散控制系统DCS2.1 DCS 的发展历程70 年代中期，由于设备大型化、工艺流程连续性要求高、要控制的工艺参数增多，而且条件苛刻，要求显示操作集中等，使已经普及的电动单元组合仪表不能完全满足要求。
在此情况下，业内厂商经过市场调查，确定开发的DCS 产品应以模拟量反馈控制为主，辅以开关量的顺序控制和模拟量开关量混合型的批量控制，它们可以覆盖炼油、石化、化工、冶金、电力、轻工及市政工程等大部分行业。
1975 年前后，在原来采用中小规模集成电路而形成的直接数字控制器(DDC) 的自控和计算机技术的基础上，开发出了以集中显示操作、分散控制为特征的集散控制系统(DCS)。
由于当时计算机并不普及，所以开发DC阪强调用户可以不懂计算机就能使用DCS同时，开发DCS还应强调向用户提供整个系统。
此外，开发的DCS 应做到与中控室的常规仪表具有相同的技术条件，以保证可靠性、安全性。
在以后的近30年间，DCS先与成套设备配套，而后逐步扩大到工艺装置改造上，与此同时，也分成大型DCS和中小型DCS两类产品，使其性能价格比更具有竞争力。
DCS^品虽然在原理上并没有多少突破，但由于技术的进步、外界环境变化和需求的改变，共出现了三代DCS^品。
1975年至80年代前期为第一代产品，80年代中期至90年代前期为第二代产品，90年代中期至21 世纪初为第三代产品。
计算机控制系统发展动向的思索
求。
优点 弥补可编程 序控 制器 Ｉ ／ Ｏ点数 较
少、 个Ｉ 单 ／ Ｏ点采 集成 本高 的 缺陷 ， 泸 如
制 造 厂 家在 扩 展 功 能方 面 的 努力 ．
为用 白实现工 艺过程控制系统 一体化 创造了条件。中小型生产过程控制系统
一
州天然气化工厂 ２ ０ ｔ 屎素工程监控 ４ ｋ／ ｙ
个 回路的 ＰＤ控制，１ Ｉ １ ０点总数可达数 十点乃至上百点，非常适合小型装置使
用。
一
在工业生产过程 中， ｌ６ 年问世 ９ ９ 的 Ｐ Ｃ和 １ ７ 年 问世的ＤＣ Ｌ ５ ９ Ｓ可能是 两类影响最为深远的计算机控制系统。 Ｐ Ｃ的 问世取代 了继电器之类的器件， Ｌ
实现 了 开 关量 的 联 锁控 制 ，程 序控 制
一
信、控制 、仪表 、软件等技术的飞速发 展，不仅产生 了多种多样的 自控产 品， 也丰富了人们进行 自控设计的思路与方
案。
Ｓ ｓ ｍ， Ｃ Ｃ ） ｙｔ Ｐ Ｂ Ｓ也呈现 良好的 发展态 ｅ 势。本文将针对以上的动向谈谈作者的
想法
台盘装仪表形式的可编程序控制器可
完 成双 回路 、４回路 ．８回路甚 至 ２ ４
ＳＰ Ｌ Ｃ、ＹＳ ７ ，美国福克斯渡罗公司 ｌ０
的 ＭＩ Ｒ ７ ０ ６ 、 ７ ２ 美 国霍 尼 Ｃ Ｏ ６ ，７ １ ６ ，
韦尔公 司 的 ＵＤ ６ ０ 、６ ０ Ｃ ０ ０ ３ ０及国 产 Ｄ Ｚ 一３ ０ Ｔ Ｂ ２ １Ａ等均 可 以这种方 式构成
设备共 同组成控制系统，此时记录仪以
的控制模式和方便实用的 Ｃ Ｔ显示手 Ｒ 段、很快为中国用户所接受．而在国外 出现更早 的Ｐ Ｃ却迟至 ８ 年代韧才为 Ｌ Ｏ 中国技术人员所知晓。不久因单回路可 编程序控制器的普及，又出现了Ｐ ＋ Ｃ 单 回路可编程序控 制器组合的计算 机控 制系统．由于此方案的数据采集 、控制 功能均 由单回路可编程序控制器完成， 集 中管理在 Ｐ Ｃ机上实现，系统组成灵 话、规模可变 ，危 险分散 ，费用不高 ， 所 当时就有学者 指出这 是最符台 中 国国情 的一种控制 系统 选型方案 。在 中国市 场上影响最大 的 日本 山武公司
了解计算机操作系统的发展历程
了解计算机操作系统的发展历程计算机操作系统作为计算机科学的重要组成部分，扮演着控制计算机硬件和软件资源的关键角色。
它是一种系统软件，连接着应用软件和硬件设备，为用户提供了一个友好的界面，并且高效地管理系统资源。
计算机操作系统的发展历程可以追溯到二十世纪五十年代，随着计算机技术的飞速发展和应用需求的不断提升，操作系统也得到了快速的演进。
下面我将一一为大家介绍计算机操作系统的发展历程。
1. 早期批处理系统早期的计算机系统并没有操作系统的概念，用户需要手动控制硬件设备并编写程序进行操作。
直到1956年，IBM推出了第一套批处理系统——IBM 7090系统。
这个系统采用了一种全新的方式，即按照用户提交的一批程序进行自动化执行，极大地提高了计算机工作效率。
2. 多道批处理系统随着计算机规模的不断扩大和应用需求的增加，研发人员开始思考如何进一步提高计算机资源的利用率。
在1960年代中期，多道批处理系统应运而生。
多道批处理系统允许多个作业同时驻留在内存中，通过操作系统进行合理的调度和切换，从而实现多个程序的并发执行，提高了计算机的吞吐量。
3. 分时操作系统分时操作系统是计算机操作系统的又一次飞跃。
它诞生于上世纪六十年代末期，旨在解决多个用户同时共享计算机的需求。
这种操作系统能够在单位时间内轮流为每个用户提供计算资源，并通过终端设备实现与用户的交互。
分时操作系统的典型代表是UNIX操作系统，它开创了操作系统的新篇章。
4. 客户端-服务器架构随着互联网的兴起和计算机网络技术的发展，客户端-服务器架构开始成为主流。
客户端-服务器架构是指通过网络将计算机系统分为客户端和服务器两个部分，客户端提供用户界面，而服务器提供计算和存储等服务。
这种架构下的操作系统，如Windows、Linux等，能够满足网络化应用的需求，实现资源共享和分布式处理。
5. 分布式操作系统随着大规模分布式计算的兴起，分布式操作系统应运而生。
分布式操作系统是指将计算机系统的资源和服务分布在多个计算节点上，通过网络进行协调和管理的操作系统。
计算机控制技术
智能家居控制系统
总结词
智能家居控制系统是计算机控制技术在家庭生活中的应用，通过智能设备、传 感器和执行器等硬件，实现对家居环境的智能化管理和控制。
详细描述
智能家居控制系统利用计算机技术实现对家居设备的监测、控制和智能化管理 ，提高居住舒适度和便利性。常见的智能家居控制系统包括智能照明、智能安 防、智能环境监测等。
器人等领域。
反馈控制原理
01
反馈控制原理是通过比较实际输出与期望输出的差 值来调整系统参数，以达到控制目标。
02
反馈控制原理具有较好的抗干扰能力和适应性，能 够自动调节系统参数，提高控制精度。
03
反馈控制原理是计算机控制系统的核心原理，广泛 应用于各种控制领域。
计算机控制系统的
04
设计方法
连续系统设计方法
THANKS.
交通控制系统
总结词
交通控制系统是计算机控制技术在交通管理中的应用，通过交通信号灯、传感器 和执行器等硬件，实现对交通流量的智能化管理和控制。
详细描述
交通控制系统利用计算机技术实现对交通信号灯的控制、车流量的监测和交通拥 堵的缓解，提高道路通行效率和交通安全。常见的交通控制系统包括智能交通信 号灯、交通监控系统等。
计算机控制技术
汇报人： 202X-12-23
目 录
• 计算机控制技术概述 • 计算机控制系统组成 • 计算机控制系统的基本原理 • 计算机控制系统的设计方法 • 计算机控制系统的性能分析 • 计算机控制系统的应用实例
计算机控制技术概
01
述
定义与特点
定义
计算机控制技术是指利用计算机对工 业生产过程进行自动控制的技术。
交通领域
计算机控制技术在交通领域的 应用包括自动驾驶、交通信号
计算机控制系统
1.DDC系统的体系结构：1硬件结构分为主机单元，输入输出单元和人机接口单元，结构方式有模版式和模块式，安装方式有盒式台式柜式。
软件结构分为系统软件，控制运算软件，输入输出软件，人机接口软件和监控组态软件。
3网络结构分为I/O总线和通信网络。
2.DDC系统类型及发展：从单板机，STO总线模版机，PC总线工业控制机发展到工业PC机，即PCI总线和CompactPCI总线工业控制机。
3.PID算法的改进措施：积分项的改进，积分作用是消除残差，提高控制性能，包括积分分离，抗积分饱和，梯形积分和消除积分不敏感区。
2微分项的改进，尽量减少数据误差和噪声，以消除不必要的扰动。
包括偏差平均和测量值微分。
3变PID控制，对被控对象的自平衡能力，可以分段采用P,PI控制，其优点是减少超调，缩短调节时间，包括设定值改变的变PID控制和负荷改变的变PID控制4.无扰动切换：指在进行PID控制方式切换之前，例如从手动或者自动或者自动到手动的切换，无需人工进行手动输出控制信号与自动输出控制信号之间的对位平衡操作，保证切换无扰动。
1，手动自动aPID控制块处于手动方式，尽管不进行PID计算，但在每个控制周期应使设定值跟踪被控量，同时要使PID差分算式中的历史数据E（n-1），E（n-2）,Ud(n-1)等清零，并将输出控制量赋给UC（n-1）b，PID控制块处于自动方式，为了实现从自动到手动的无平衡无扰动切换，在自动方式下，每个控制周期应将COV值赋给MOV 2输出跟踪a手动操作器处于手动HM工作状态PID控制块处于输出跟踪YT 状态，为了实现从输出跟踪到正常工作NT状态的无扰动切换，在每个控制周期应使设定值跟踪被控量，同时要使PID差分算式中的历史数据E(n-1)..等清零，还要将OTV值赋给UC（n-1）3,输出安全当PID 控制块处于输出安全YS状态时，在每个控制周期应使设定值跟踪被控量，同时要使PID差分算式中的历史数据E(n-1)..等清零，还要将输出安全值SOV赋给UC（n-1）4，输出保持当PID控制器处于输出保持状态，副条极限保持状态和PV坏保持PBH状态时，在每个周期应使设定值跟踪被控量，清零，还要使UC（n-1）保持不变5，回算输出和回算输入后级功能块的回算输出端和前级功能块的回算输入端连接，向前级功能块传送有关参数，是这2个功能块相互匹配，从而保证功能块工作方式的无扰动切换5.内部总线：计算机内部模块与模块之间进行通信的总线PC/XT PC/AT ISA DCI PCI6.外部总线：计算机外部通信的总线，RS-232 RS-422 RS -4857.干扰的来源，传播，抑制：来源，外部干扰是那些与系统结构无关，由外界环境因素决定的干扰，主要是空间电场或磁场，内部干扰是由系统结构，制造工艺决定的，内部零部件的分布电容，分布电感引起的耦合反映，多点接地造成的电位差引起干扰。
自动控制发展的历程
自动控制发展的历程自动控制的发展可追溯至古代，然而，现代自动控制的概念始于19世纪末和20世纪初。
以下是自动控制发展的历程：1. 早期自动控制：早在古代，人们通过使用简单机械和水力设备实现了一定程度的自动化控制。
例如，古希腊的水钟可以自动记录时间，古埃及使用尼罗河水位来自动灌溉农田。
2. 工业革命时期：18世纪末到19世纪初的工业革命时期，自动控制的需求迅速增长。
发明家詹姆斯·瓦特改进了蒸汽机的自动控制系统，使其能够稳定运行。
3. 反馈原理的发现：20世纪初，数学家和工程师开始研究自动控制理论。
美国的尼科拉斯·洛蒙诺索夫提出了“反馈”原理，即通过测量系统的输出信号，并将其与期望输出进行比较，从而调节系统的输入信号。
这一原理成为自动控制系统的核心概念。
4. PID调节器的应用：20世纪20年代，自动调节器的一种形式PID（比例-积分-微分）调节器开始广泛应用于工业控制中。
PID调节器通过计算误差信号的比例、积分和微分，并根据计算结果来调节输入信号，以使系统达到稳定状态。
5. 计算机控制系统的发展：随着计算机技术的进步，自动控制系统得到了极大的发展。
20世纪50年代和60年代，数字计算机开始应用于自动控制系统，使得更加复杂的系统可以实现高度精确的自动化控制。
6. 现代自动控制的发展：近年来，自动控制系统的发展取得了巨大的进展。
传感器和执行器的技术更加先进，使得自动控制系统能够接收更多的信息，并更准确地执行控制任务。
此外，人工智能和机器学习的发展为自动控制系统带来了新的领域，例如自适应控制和智能控制。
总而言之，自动控制的发展经历了从简单机械到计算机控制的演变过程。
随着科技的不断进步和创新，自动控制系统将在各个领域继续发挥重要作用。
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）。
计算机控制系统的发展综述
计算机控制系统的发展综述【摘要】在工程和科学领域，自动控制担负着重要的角色。
自动控制理论和技术的不断发展，为人们提供了获得动态系统最佳性能的方法，提高了生产效率，并使人们从繁重的体力劳动和大量重复性的手工操作中解放出来，本文讨论了计算机控制系统在工业控制上的应用及其发展趋势，加深了对计算机控制系统的理解。
【关键词】计算机控制系统;自动控制;发展趋势一、计算机控制系统的工作原理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系统是十分重要的。
我们可以把计算机控制系统看作是模拟控制系统的一种近似，但这种看法是相当贫乏的，因为它没有充分发挥计算机控制的潜力，最多只能获得与采用模拟控制时一样的控制效果。
计算机控制系统就是利用计算机（通常称为工业控制计算机，简称工业控制机）来实现生产过程自动控制的系统。
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。
因此，从本质上看，计算机控制系统的工作原理可以归纳为3个步骤：①实时数据采集②实时控制决策③实时控制输出以上过程不断重复，使得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即使做出处理二、计算机控制系统的组成计算机控制系统由计算机（工业控制机）和生产过程两大部分组成。
工业控制机指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两个组成部分。
生产过程包括被控对象和测量变送、执行机构、电气开关等装置，这些装置都有各种类型的标准产品，在设计计算机控制系统时，根据需要合理地选型即可。
三、计算机控制系统的发展概况1.开创时期（1955-1962）早期的计算机使用电子管，体积庞大，价格昂贵，可靠性差，只能从事一些操作指导和设定值控制。
2.直接数字控制时期（1962-1967）在这个时期，就是那件直接控制过程变量，完全取代了原来的模拟控制，因而称这样的控制为直接数字控制（DDC）。
控制系统发展史
控制系统发展史1引言控制系统其实从20世纪40年代就开始使用了，早期的现场基地式仪表和后期的继电器构成了控制系统的前身。
现在所说的控制系统，多指采用电脑或微处理器进行智能控制的系统，在控制系统的发展史上，称为第三代控制系统，以PLC和DCS为代表，从70年代开始应用以来，在冶金、电力、石油、化工、轻工等工业过程控制中获得迅猛的发展。
从90年代开始，陆续出现了现场总线控制系统、基于PC的控制系统等，本文将简要介绍各种常见的控制系统，并分析控制系统的演进过程和发展方向。
2集散控制系统DCS2.1 DCS的发展历程70年代中期，由于设备大型化、工艺流程连续性要求高、要控制的工艺参数增多，而且条件苛刻，要求显示操作集中等，使已经普及的电动单元组合仪表不能完全满足要求。
在此情况下，业内厂商经过市场调查，确定开发的DCS 产品应以模拟量反馈控制为主，辅以开关量的顺序控制和模拟量开关量混合型的批量控制，它们可以覆盖炼油、石化、化工、冶金、电力、轻工及市政工程等大部分行业。
1975年前后，在原来采用中小规模集成电路而形成的直接数字控制器(DDC)的自控和计算机技术的基础上，开发出了以集中显示操作、分散控制为特征的集散控制系统 (DCS)。
由于当时计算机并不普及，所以开发DCS应强调用户可以不懂计算机就能使用DCS;同时，开发DCS还应强调向用户提供整个系统。
此外，开发的DCS应做到与中控室的常规仪表具有相同的技术条件，以保证可靠性、安全性。
在以后的近30年间，DCS先与成套设备配套，而后逐步扩大到工艺装置改造上，与此同时，也分成大型DCS和中小型DCS两类产品，使其性能价格比更具有竞争力。
DCS产品虽然在原理上并没有多少突破，但由于技术的进步、外界环境变化和需求的改变，共出现了三代DCS产品。
1975年至80年代前期为第一代产品，80年代中期至90年代前期为第二代产品，90年代中期至21世纪初为第三代产品。
2.2 DCS今后发展的几个问题到目前为止，DCS所存在的问题，主要集中在3个方面：即系统开放性问题;与现场传感器、变送器、执行器的接线问题；价格较贵问题。
计算机控制系统的发展趋势？
计算机控制系统的发展趋势计算机控制系统随着计算机科学、自动控制理论、网络技术、检测技术的发展，在工业4.0 以及中国制造2025 计划的推动下，其发展趋势大致如下。
随着计算机技术和网络技术的不断发展，各种层次的计算机网络在控制系统中得到了广泛应用。
计算机控制系统的规模越来越大，其结构也发生了变化，经历了计算机集中控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统，向着网络控制系统（Network Control System，NCS）发展。
网络控制系统的结构示意图如图所示。
在工业自动化向智能化的发展进程中，通信已成为关键问题之一，但由于多种类型现场总线标准并存，不同类型的现场总线设备均配有专用的通信协议，互相之间不能兼容，无法实现互操作和协同工作，无法实现信息的无缝集成。
使用者迫切需要统一的通信协议和网络。
因此，基于TCP/IP 的以太网进入工业控制领域并且得到了快速发展。
比如，惠普公司应用IEEE 1451.2 标准，生产的嵌入式以太网控制器具有10-Base 以太网接口，运行FTP/HTTP/TCP/UDP，应用于传感器、驱动器等现场设备。
再如，FF 提出的IEC 61158 标准中类型 e 所定义的HSE（High Speed Ethernet）协议，用高速以太网作为H2 的一种替代方案，选用100Mbit/s 速率的以太网的物理层、数据链路层协议，可以使用低价位的以太网芯片、支持电路、集线器、中继器和电缆。
国内浙大中控也推出了基于EPC（Ethernet for Process Control）的分布式网络控制系统，将Ethernet 直接应用于变送器、执行机构、现场控制器等现场设备间的通信。
网络化控制系统就是将控制系统的传感器、执行器和控制器等单元通过网络连接起来。
其中的网络是一个广义的范畴，包含了局域网、现场总线网、工业以太网、无线通信网络、Internet 等。
随着物联网概念的提出以及控制系统发展的需求，以无线通信模式为新特征的物联网控制系统，必将成为计算机控制系统的重要发展方向。
DCS系统
A/D －
D/A
传感器
被控对象
执行机构
模糊控制
对离散过程的控制
程序控制或逻辑控制
以状态控制为主， 非连续对象、非连续过程
按照一定的方式改变被控对象的状态或位置。
有很明显的起点和终点。 要素： 动作时间、动作顺序、逻辑关系
组合仪表、电动单元组合仪表、分布式控制 系统DCS 分为仪表控制系统和计算机控制系统
1.3.2 仪表控制系统的基本概念
指模拟式仪表组成的控制系统
最主要的功能是进行回路控制，对那种最小
过程单元进行的闭环控制或调节。
仪表控制系统的基本概念
输入两个：设定值和测量值 输出一个：对被控过程的控制量 闭环、反馈。
基本功能：
根据控制算法处理测量值和设定值的偏差，并控制
过程减少此偏差。 实例： 水位控制系统
液位控制
飞锤调速器
1.3.3 早期的仪表控制系统 – 基地式仪表
指控制系统（即仪表）与被控对象在机械结
构上是结合在一起的，而且仪表的各个部分， 包括检测、计算、执行及简单的人机界面都 做成了一个整体，就地安装在被控对象之上。 单回路控制
直流电信号（电流或电压）传递现场信号的值。 信号规范： 0-10mA：DDZII 4-20mA：DDZIII 真正的控制系统是从单元式组合仪表出现后才逐步 形成。不仅单回路，还可以串级、复合、几个回路 互动。
电动单元组合仪表（60～70年代）
缺点：构成复杂控制系统困难，故障率高 无法进行数字通信
组装式电子综合控制仪表 （70年代末）
控制技术发展历程
控制技术发展历程一、控制技术的定义及作用控制技术是指通过对被控制对象进行测量、分析和处理，再通过执行器对其进行调节和控制的一种技术。
它广泛应用于工业自动化、机械制造、电力系统等领域，能够提高生产效率和产品质量，降低成本和人力资源的浪费。
二、控制技术发展历程1. 机械式控制阶段早期的机械式控制是通过简单的机械装置来实现对被控对象的调节和控制，例如水平仪、风速计等。
这种方法简单易行，但精度较低，只适用于一些简单的场合。
2. 电气式控制阶段随着电气技术的发展，人们开始采用电气元器件来实现对被控对象的调节和控制。
早期使用的元器件包括电阻、电容等，并逐渐发展出了继电器、计时器等设备。
这种方法可以实现更加复杂的操作，并且精度也有所提高。
3. 数字式控制阶段20世纪60年代开始出现数字式控制技术，即将控制对象的信息数字化后再进行处理和控制。
这种方法具有高精度、高可靠性、高灵活性等优点，可以实现更加复杂的操作和控制。
数字式控制技术的发展也促进了计算机技术的进步。
4. 现代智能化控制阶段随着人工智能、大数据等技术的发展，现代智能化控制技术逐渐成熟。
它可以通过学习和自适应来提高自身的性能，实现更加精准、高效、安全的操作和控制。
例如，在工业生产中可以通过智能化控制来实现自动调节、预测故障等功能。
三、主要控制技术分类1. PID控制技术PID（比例-积分-微分）是一种经典的反馈调节方法，通过对误差信号进行比例、积分和微分运算来实现对被控对象的调节和控制。
它广泛应用于温度、压力等参数的调节和控制。
2. PLC编程技术PLC（可编程逻辑控制器）是一种专门用于工业自动化领域的计算机设备，它可以通过编程来实现对生产过程的控制和监控。
PLC编程技术具有灵活性高、可靠性强等优点，广泛应用于工业生产中。
3. 调频调制技术调频调制技术是一种将信息信号通过频率变化的方式传输的方法，它可以实现高效、稳定的信号传输，并且对干扰有较好的抵抗能力。
DCS的发展及基本组成
一、过程控制系统发展的三条主线1、对离散过程的控制机械电磁原理的继电器电子逻辑开关（开关电路）PLC（数字技术和微处理器芯片）（直接控制系统)2、SCADA遥测遥感系统——SCADA功能：数据采集、监督控制特点：（1）控制地域宽(2)远程通信（3）不区分模拟过程和连续过程3、连续过程控制系统（仪表控制系统和计算机控制系统)仪表控制系统+计算机控制系统→DCS分布式控制系统DCS？（1)仪表控制系统的发展（2）计算机控制系统仪表控制系统概念：仪表控制系统：指由模拟式仪表组成的控制系统。
功能：回路控制参数：1—2个现场输入（测量值）1个现场输出（控制量)1个设定值作用:保证被控对象的一个最基本的运行单元能够按照预定的参数正常运行。
（1）基地式仪表控制系统基地式仪表：指控制系统（仪表）与被控对象在机械在机械机构上是结合在一起的,而且仪表各个部分,包括检测、计算、执行及简单的人机界面等做成一个整体，就地安装在被控界面上。
特点:（1)单回路控制（2）简单实用问题：（1）针对不同的控制参数,成套设备分散安装在生产设备的控制点上。
——操作、观察上的困难;（2）控制功能有限——难以实现复杂的控制算法（2）单元式组合仪表特点1:测量、控制计算、执行及显示、设定、记录等功能分别由不同的单元实现，单元之间采用某种标准的物理信号实现连接。
特点2：单元可根据控制功能的需求进行灵活的组合,以实现更多的控制功能.仪表类型：气动单元组合仪表（1）以经过干燥净化的压缩空气作为动力(2)以气压传递现场信号，20-100Kpa(3）QDE系列（4）变送单元（B）给定值单元（G)调节单元（T)辅助单元（F）显示单元（X)转换单元（Z) 计算单元(J）(5)特点防爆直接驱动气动阀门抗干扰性好（6）存在的问题防腐蚀、防泄露管道的铺设，管道材料、连接件技术要求。
建设成本、运行维护成本高仪表类型：电动单元组合仪表（1）直流电源为运行动力(2)以直流电信号（电压或电流）传递现场信号，0—10mA；4—20mA（3）DDZ-II；DDZ—III（4) 变送单元（B）给定值单元（G）调节单元(T）辅助单元（F）显示单元（X)转换单元（Z）计算单元(J）执行单元（K）（5)特点轻便灵活功能齐全(6）执行机构采用电磁原理设计的设备或装置电磁阀电动机继电器现代控制系统1、控制系统的现场安装部分检测/变送单元控制和执行单元——一次仪表2、人机部分观测的仪表显示操作的操作单元-—仪表盘/模拟盘-—二次仪表3、传输部分一次仪表——传输电缆——二次仪表思考一1、基地式仪表→单元式组合仪表2、控制装置→控制系统3、模拟式控制系统→数字式控制系统（现场总线标准) 结论:★信号传输的出现★思考二1、电动单元组合仪表调节、计算单元都是采用模拟原理来实现的.2、气动单元组合仪表调节、计算单元都是利用射流原理来模拟各种控制规律后果：计算精度不高控制精度不够经典PID控制结论:★寻求更好的控制器或调节器★微处理器的出现和数字技术的发展，以数字技术为基础的数字化控制逐步占据了控制系统的主导地位。
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浅谈计算机控制系统的发展
摘要：论述了计算机控制系统的发展历史及发展趋势，分析了计算机控制系统的组成部分及其特点。
并且对当前计算机系统的发展情况做出评价。
关键词：计算机控制系统发展
1 引言
计算机控制系统就是利用计算机（通常称为工业控制计算机）来实现工业过程自动控制的系统，并且是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起而应运产生的综合控制系统，它紧密依赖于最新发展的计算机技术、网络通信技术和控制技术,在计算机参与工业系统控制的历史长河中扮演了重要的角色。
2 计算机控制系统的发展情况
在60 年代,控制领域中就引入了计算机。
当时计算机的作用是控制调节器的设定点，具体的控制则由电子调节器来执行, 这种系统称作是计算机监控系统。
这种系统的调节器主要是采用了模拟调节器。
系统中既有计算机又有调节器，系统复杂，投资又大。
在60 年代末期出现了用一台计算机直接控制一个机组或一个车间的控制系统，简称集中控制系统，集中控制系统在计算机控制系统的发展过程中起到了积极作用。
在这种控制系统中, 计算机不但完成操作处理,还可直接根据给定值、过程变量和过程中其它测量值，通过PID运算，实现对执行机构的控制, 以使被控量达到理想的工作状态。
这种控制系统即常说的直接数字控制( DDC) 系统。
计算机DDC 控制的基本思想是使用一台计算机代替若干个调节控制回路功能。
最初发展时希望能够至少可以控制50个回路以上，这在当时对小规模、自动化程度不高的系统，特别是对具有大量顺序控制和逻辑判断操作的控制系统来说收到了良好的效果。
由于整个系统中只有一台计算机, 因而控制集中，便于各种运算的集中处理，各通道或回路间的耦合关系在控制计算中可以得到很好的反映，同时由于系统没有分层, 所有的控制规律均可直接实现。
但是，如果生产过程的复杂，在实现对几十、几百个回路的控制时，可靠性难以保证，系统的危险性过于集
中，一旦计算机发生故障，整个系统就会停顿，影响了这种系统的进一步推广应用。
70年代大规模集成电路的出现为集散控制系统的出现奠定了基础。
75 年美国Honeywell 公司首先推出了以微处理器为基础总体分散型控制系统,其含义是集中管理、分散控制,因而称之为集散控制系统( DCS )。
DCS 的出现使系统的控制方式发生了质的变化，是控制史上的里程碑。
该系统从综合自动化的角度，按功能分散、协调集中的原则设计，具有高可靠性、高实时性，是用于生产管理、数据采集和各种过程控制的计算机控制系统。
典型的集散控制系统具有两层网络结构，如图 1 所示。
图 1 典型集散控制系统的网格结构
分布式控制系统是在集散控制系统的基础上，随着生产发展的需要而产生的更新一代的控制系统，因而两者的系统网络结构有相似的地方。
分布式控制系统如图2 所示。
图2 分布式控制系统的组成结构
分布式控制系统更强调各子系统间的协作关系,有明确的分解策略和算法。
通常分布式控制系统的分层、分解和结构划分上遵循3个原则，即：纵向分
层，横向分解，多级结构与分布结构。
分布式控制系统的最大特点是较为充分
地考虑了各子系统之间的关联关系, 并采用分解—协调控制算法，实施对各子
系统之间控制目标的协调管理，使系统控制目标优化程度提高，可靠性增强。
3 计算机控制系统的发展趋势
随着企业网技术的发展，计算机控制系统的网络通讯能力和网络连接规模得到极大提高，使得原本在分布式的网络环境中较难实现的数据传输和交换，可以在一个贯穿的网络环境中实现。
尤其是现场级网络技术在工业控制系统中的出现，带来现场级设备和仪表单元的网络化，从而使控制系统的底层也可以通过网络相互连接起来。
同时，每个网端可以容纳不同回路系统的现场级设备和仪表单元，而实际上不同的网端还可以通过网桥相互连接，这样就使得现场级网络的连接能力可以进一步提高。
新一代计算机控制系统的结构发生了明显变化，逐步形成两层网络的系统结构（如图3所示）。
图3 两层网络的计算机控制系统结构
在此种计算机控制系统结构中，上层负责完成高层管理功能, 包括各种控
制功能之间的协调、系统优化调度、信息综合管理和组织以及总体任务的规划等。
底层负责完成所有具体控制任务，如参数调节的回路控制、过程数据的采
集和显示、现场控制的监视以及故障诊断和处理等。
因此，新的系统结构使得
整体系统出现了扁平化趋势，即所有的高层次控制、管理和调度任务均在上一
层完成,而所有的具体控制、显示、记录和诊断任务均在下一层完成。
这种系统的优势是：简化了系统的结构和层次，缩短了上层控制任务到下层单元实施过程，实现了较大规模的信息交换公共平台，加强了上层子系统与下层子系统或单元之间的联系。
4 计算机控制系统的发展评价
计算机控制系统的发展及应用，除了受到系统优缺点的影响，系统实际控制质量还起着重要的作用。
在计算机控制系统的发展过程中始终存在对系统控制质量的评价问题。
一般从以下几个方面对控制系统进行评价。
第一，对系统质量的评价。
其主要包括采用的控制结构、设计的控制算法、具有的各种功能以及能够达到的控制指标。
一个优良的控制系统所采用的控制结构应当简单而合理，控制算法应当在满足控制指标要求的同时尽量简单，所提供的功能应当尽量广泛。
第二，对系统实时性的评价。
对系统实时性的评价应当采用分级分回路分别进行的方法。
不同的级对实时性的要求不同，愈靠近底层实时性要求越高。
即使在同一级，不同的控制任务对实时性的要求也不同。
第三，对系统可靠性的评价。
系统可靠性有完整的衡量指标与设计方法。
系统的可靠性的主要指标包括系统设备故障率、系统故障累计概率、系统利用率、系统平均无故障时间、修复时间等。
第四，对系统可扩展性的评价。
为适应生产的发展和系统的应用范围，可扩展性是必不可少的，对任何一个控制系统来说，可扩展性主要表现为可扩展多少通道、多少接口、多少回路、多少采样点，以及可提供多少存储容量和内存空间。
第五，对经济指标的评价。
通常采用性能价格比进行系统经济指标的评价，即将系统建设的费用与系统能够实现的功能相比较，以确定系统的整体效益和应用前景。
5 结语
计算机控制就是用计算机对一个动态对象或过程进行控制。
在计算机控制系统中，用计算机代替自动控制系统中的常规控制设备，对动态系统进行调节和控
制，这是对自动控制系统所使用的技术装备的一种革新。
这一革新，改变了自动控制系统的结构，也导致对这类系统的分析和设计发生较多的变化。
此外，随着计算机技术、高级控制策略、现场总线技术和网络技术的不断发展，工程上对于控制系统的控制水平要求越来越高，这也必将推动计算机控制系统的水平向更高的层次发展。
参考文献
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