计算机控制在生产工业中的应用

HEFEI UNIVERSITY

计算机控制在生产工业中的应用

题目

系别: 电子信息与电气工程系

专业(班级）： 11自动化1班

导师姓名：

完成时间： 2014-03—20

目录

摘要................................................. - 0 - 一、计算机控制技术的发展概况........................ - 1 -

1。1计算机控制技术的发展历史...................... - 1 -

1.2计算机控制技术的分类........................... - 1 -

1.3计算机控制系统国内外应用状况................... - 3 -

1.4 计算机控制技术的发展趋势...................... - 4 -

二、计算机控制的应用................................ - 5 -

2。1计算机控制技术的应用.......................... - 5 -

2.1计算机控制技术的特点........................... - 5 -

三、总结............................................. - 6 - 参考文献............................................. - 7 -

计算机控制技术的发展及应用

摘要

计算机控制系统是自动控制技术和计算机技术相结合的产物，利用计算机（通常称为工业控制计算机，简称工控机）来实现生产过程自动控制的系统,它由控制计算机本体（包括硬件、软件和网络结构）和受控对象两大部分组成。随着计算机技术和现代控制理论的快速发展,计算机控制技术诞生并迅速蓬勃发展起来，其应用遍及国防、航空航天、工业、农业、医学等多种领域。在各个大中型企业的生产过程中现已广泛采用计算机控制技术，实现对工业生产过程的检测、控制、优化、调度、管理和决策从而达到提高产品品质和产量、确保安全、提高生产率的目的。控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术的应用极大地推进了计算机自动控制技术的发展。自动控制理论与计算机信息科学的紧密结合，给工业生产过程带来了新的技术革新。在各个工业现场中计算机自动控制技术的应用十分活跃.计算机技术、网络技术、工业控制技术可以应用于几乎所有的工厂、生产车间、生产线上。比如发动机厂、汽车制造厂、发电厂、钢铁厂等等。但是工业现场不同于事业单位的办公室或其他场所那里一般环境比较恶劣有着强磁场、几千伏高压电、粉尘以及强烈的噪音等这就要求工业现场的计算机控制系统具有更好的性能更强的抗干扰能力。由此工业控制技术和工业控制计算机应运而生这是一种特殊的更适合于在工业环境中工作有许多模拟量和开关量信号输入和输出并完成类似数据采集、生产控制等功能的具有高可靠性、高抗干扰能力、高精度的集成计算机系统.本文主要介绍计算机控制技术发展历史,现状及趋势，应用领域具体实例以及关于计算机控制技术的思考.

一、计算机控制技术的发展概况

1。1计算机控制技术的发展历史

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.同时,计算机控制系统的发展是与计算机技术、控制技术的发展密切相关的。计算机控制系统的发展大致经历了以下四个阶段：

1计算机控制系统的开创期（20世纪50年代）

1946年世界第一台电子计算机ENICA问世。1952年，计算机首先被用来自动检测化工生产过程的过程参量并进行数据处理。1954年,人们开始研究计算机的开环控制。1956年3月开始,美国开辟了计算机控制的新纪元。但是计算机控制并没有得到广泛的应用。

2直接数字控制阶段(20世纪60年代）

1962年,英国研究了一台用于过程控制的计算机，实现了直接数字控制，但是系统的抗干扰性比较差，可靠性不是太好，因此许多计算机系统发生障碍。

3集中式计算机控制系统发展时期（1967—1975年）

20世界60年代，人们提出了集中式计算机控制系统.但是仍不能满足工业生产的控制要求.

4以微处理器为核心的分层分布式控制系统（1975年至今）

分散性控制系统（DCS）采用分层分布式的递阶控制结构，用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。DCS在世界范围内获得了广泛应用，其中，FCS中用数字信号代替了模拟信号。

1.2计算机控制技术的分类

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,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。

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(Fieldbus 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，