工控机的起源与发展

工业计算机的起源与发展

【摘要】工业计算机是工业自动化设备和信息产业基础设备的核心，如今，工业计算机的广泛应用已经渗入到我们日常生活的各个方面。本文主要论述工业计算机的起源及其发展历程。

【关键词】工业计算机起源发展产业

一、计算机起源

说到工业计算机，首先得了解计算机的起源。计算机是由早期的电动计算器发展而来的。1946年，世界上出现了第一台电子数字计算机“ENIAC”，是由美国宾夕法尼亚大学莫尔电气工程学院制造的，用于计算弹道。它的体积庞大，占地面积170多平方米，重量约30吨，消耗近150千瓦的电力。这样的计算机成本很高，使用非常不便。1956年，晶体管电子计算机诞生了，这是第二代电子计算机。运算速度大大提高的同时，体积也大大减小。1959年出现的则是第三代集成电路计算机。

计算机是20世纪最伟大的科学技术发明之一，对人类的生产活动和社会活动产生了极其重要的影响，并以强大的生命力飞速发展。它的应用领域从最初的军事科研应用扩展到目前社会的各个领域，已形成规模巨大的计算机产业，带动了全球范围的技术进步。计算机已遍及学校、企事业单位，进入寻常百姓家，成为信息社会中必不可少的工具。它是人类进入信息时代的重要标志。

二、工业计算机的发展概况

自从1946年世界上第一台电子计算机ENIAC正式使用以来，数字计算机在世界各国得到了极大的重视和迅速发展。20世纪70年代微型计算机的推广，标志着计算机的发展和应用进入了新的阶段。

计算机技术的发展给控制系统开辟了新的途径。现代控制理论以及各种新型控制规律和组合控制规律的发展又给自动控制系统增添了理论支柱。经典的和现代的控制理论与计算机相结合，出现了新型的计算机控制系统。数字计算机的运算和逻辑功能可以有效地满足当代复杂生产过程的控制要求。专门用于生产过程控制的数字计算机，通常称为生产过程控制用计算机系统，也称为工业控制计算机，或工业计算机（简称工控机）。计算机控制系统就是利用计算机（单片机、ARM、PLC、PC机、工控机等）来实现生产过程自动控制的系统。顾名思义，计算机控制系统强调计算机是构成整个控制系统的核心。

从美国工控机的发展和应用来看，用计算机控制生产过程，大体上经历了三个阶段。

1965年以前是试验阶段。早在1952年，化工生产中实现了自动测量和数据处理。1954年，开始使用计算机构成开环系统。1957年，由计算机构成的闭环系统开始应用于石油蒸馏过程的调节。1959年，在美国一个炼油厂建成第一台闭环计算机控制装置。1960年，在合成氨和丙烯腈生产过程中实现了计算机监督控制。

1965-1969年是计算机控制进入实用和开始逐步普及的阶段。小型计算机的出现，使可靠性不断提高，成本不断下降，计算机在生产过程的应用得到迅速的发展，但这个阶段主要发展的仍然是集中型的计算机控制系统。经验证明，在高度集中控制条件下，若计算机出现故障，则整个生产装置和整个生产系统都会受到严重影响，虽然多机并用的方案可提高集中控制的可靠性，但这样要增加投资。

1970年以后是大量推广和分级控制阶段。现代工业的特点是高度连续化、大型化，装置与装置、设备与设备之间联系日趋密切。因此，要降低能量消耗，提高产品质量和数量，仅仅实现局部范围的孤立的控制，是难于取得显著效果的。为了实现对现代化工业的综合管理和最优控制，目前已经出现运用工程学的方法来实现大规模综合管理的系统。这种控制系

统通常不是由一台计算机或数台独立的，相互无关的小型机来控制，而是由大、中、小型计算机组合起来，形成计算机系统来进行控制的。在这种采用分段结构的计算机控制系统中，按照计算机各自的特点，在充分发挥各自的潜力下，形成分级控制。近几年，微型计算机具有可靠性高、价格低廉、使用方便等优点，为分级计算机控制的发展创造了良好的条件。

三、工业计算机的特点

工业计算机一般有以下特点：

1．工控机的可靠性和可维修性是两项非常重要的因素，它们决定着系统在控制上的可用程度。可靠性的简单含义是指设备在规定的时间内运行不会发生故障。为此，需采用可靠性技术来解决。为了实现高度的可用性，可维修性是重要的。另外，维修工控机必须有诊断程序，这些程序能在闲余时间里，通过检验和测试计算机的不同部位来确定故障。

2．环境的适应性强：工控机一般应用在生产现场，易受环境条件，如强电流、强磁场、腐蚀性气体、灰尘、温度变化的影响，这些都会影响计算机的可靠性和使用寿命。而工控机应该能够在这样的环境下保证正常工作。

3．控制的实时性：所谓“实时”是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应或进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。为此，工控机必须配有实时时钟和完善的中断系统。

4．较完善的输入输出通道：为了对生产装置和生产过程进行控制，计算机要经常不断地与被控制的工业对象交换信息。通常，需要配备较完善的输入输出通道，如模拟量输入、开关量输入、模拟量输出、开关量输出、人机通信设备等。

5．较丰富的软件：工控机应配备有比较完整的操作系统和适合生产过程控制的应用程序，使机器的操作简单、使用合理、控制性能好。

6．适当的计算精度和运算速度：一般工业对象，对于精度和运算速度的要求并不苛刻，通常字长为8-32位，速度在几万次每秒至100万次每秒，内存容量为4-64KB等。但随着自动化程度的发展，对于精度和运算速度的要求也在不断提高，应根据具体的应用对象及使用方式选取合适的工控机。

7．较长的生命周期：由于工业控制行业注重设备的稳定性，少变更，因此相对于商用PC短暂的一两年生命周期，工控机的生命周期一般长达7-10年。

四、现代工控机的发展

传统意义上，工业计算机主要用于工业生产过程的测量、控制和管理，但今天的内涵已经远不止这些，其应用范围也已经远远超出工业过程控制，而是应用在国民经济发展和国防建设的各个领域。

随着近年来无线网络技术、信息家电、汽车、以及医疗等行业的蓬勃发展，从而使得原本“鲜为人知”的工业计算机如今正发生着翻天覆地的变化，由于在以上这些行业中工业计算机正越来越多的扮演着十分重要的角色，这便使得工业计算机产品在未来行业市场上的需求和发展也变得更加旺盛和迅猛。工业计算机的广泛应用已经渗入到我们日常生活的各个方面，已由智能建筑、智能交通、车载计算机、医疗仪器等工业领域扩展到无线基础设施、网络应用设备、网络安全、多媒体应用、金融服务等网络通信与数字多媒体相关的领域。

3C融合、三网融合、企业信息化加速进行，无论是信息产业基础设备、还是企业计算市场，对工业计算机的需求从来都未像今天这般为IT业所重视。工业计算机已经成为信息产业基础设备的核心，包括移动计算平台、通讯计算平台、车载计算平台、工业控制、商业控制、电子商务平台和信息家电。从软交换机到即插即用的通信服务器，工业计算机将成为