计算机控制技术的发展及应用

计算机控制结课作业

题目计算机控制技术的发展及应用

系部自动化系

专业自动化

班级 102

学号 10423011 姓名陈璐

指导老师葛斌

日期 2013年11月24日

目录

1 引言 (4)

2 计算机控制技术的发展概况及趋势 (4)

2.1计算机发展史： (4)

2.1.4第四代电子计算机 (5)

2.2 计算机控制技术的历史 (5)

2.2.1直接数字控制（DDC） (5)

2.2.2集中型计算机控制系统 (5)

2.2.3集散控制系统（DCS） (6)

2.2.4现场总线控制系统（FCS） (6)

2.3.计算机控制技术的现状和发展趋势： (6)

2.3.1计算机控制技术的网络化 (6)

2.3.2计算机控制技术的集成化 (7)

2.3.3计算机控制技术的智能化 (7)

2.3.4计算机控制技术的标准化 (8)

3 计算机控制技术的应用领域 (8)

3.1.计算机控制技术在航天领域的应用： (8)

3.2．计算机控制技术在中药提取领域的应用： (8)

3.3计算机控制系统在农业领域的应用： (9)

3.4.计算机控制系统在制造业的应用： (9)

4 关于计算机控制技术的思考 (10)

5 参考文献 (10)

1 引言

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。本文将主要针对计算机控制技术的发展历史、当今现状以及计算机控制技术的发展趋势做一介绍，并结合它的具体实例介绍计算机控制技术的一些主要应用领域。

2计算机控制技术的发展概况及趋势

2.1计算机发展史：

人类所使用的计算工具是随着生产的发展和社会的进步，从简单到复杂、从低级到高级的发展过程，计算工具相继出现了如算盘、计算尺、手摇机械计算机、电动机械计算机等。1946年，世界上第一台电子数字计算机（ENIAC）在美国诞生。这台计算机共用了18000多个电于管组成，占地170m2，总重量为30t，耗电140kw，运算速度达到每秒能进行5000次加法、300次乘法。从计算机的发展趁势看，大约2010年前美国就可以研制出千万亿次计算机。电子计算机在短短的50多年里经过了电子管、晶体管、集成电路（IC）和超大规模集成电路（VLSI）四个阶段的发展，使计算机的体积越来越小，功能越来越强，价格越来越低，应用越来越广泛，目前正朝智能化（第五代）计算机方向发展。

2.1.1第一代电子计算机

第一代电于计算机是从1946年至1958年。它们体积较大，运算速度较低，存储容量不大，而且价格昂贵。使用也不方便，为了解决一个问题，所编制的程序的复杂程度难以表述。这一代计算机主要用于科学计算，只在重要部门或科学研究部门使用。

2.1.2．第二代电子计算机

第二代计算机是从1958年到1965年，它们全部采用晶体管作为电子器件，其运算速度比第一代计算机的速度提高了近百倍，体积为原来的几十分之一。在

软件方面开始使用计算机算法语言。这一代计算机不仅用于科学计算，还用于数据处理和事务处理及工业控制。

2.1.3．第三代电子计算机

第三代计算机是从1965年到1970年。这一时期的主要特征是以中、小规模集成电路为电子器件，并且出现操作系统，使计算机的功能越来越强，应用范围越来越广。它们不仅用于科学计算，还用于文字处理、企业管理、自动控制等领域，出现了计算机技术与通信技术相结合的信息管理系统，可用于生产管理、交通管理、情报检索等领域。

2.1.4第四代电子计算机

第四代计算机是指从1970年以后采用大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）为主要电子器件制成的计算机。例如80386微处理器，在面积约为10mm X l0mm的单个芯片上，可以集成大约32万个晶体管。第四代计算机的另一个重要分支是以大规模、超大规模集成电路为基础发展起来的微处理器和微型计算机。

2.2 计算机控制技术的历史

2.2.1直接数字控制（DDC）

直接数字控制（DDC）本质上是用一台计算机取代一组模拟控制器，构成闭环控制回路。与采用模拟控制器的控制系统相比，DDC的突出优点是计算灵活，它不仅能实现典型的PID控制规律，还可以分时处理多个控制回路。DDC 用于工业控制的主要问题是当时计算机系统价格昂贵，同时计算机运算速度并不能满足过程实时控制的需求。

2.2.2集中型计算机控制系统

从系统功能上说，集中型计算机控制系统是DDC的发展，由于当时计算机系统造价昂贵，体积庞大，为了使计算机控制能与常规仪表竞争，试图来使用一台计算机尽可能多的控制控制回路，实现集中检测、集中控制、集中管理。集中型计算机控制系统的优点是可以实现先进控制、连锁控制等复杂控制功能，并且控制回路的增加和控制方案的改变可以由软件方便实现，但是缺点也很明显，由于当时计算机性能低，容量小，运算速度慢，利用一台计算机控制多回路容易造

成负荷过载，而且控制的集中也容易导致危险的集中，高度的集中使系统十分脆弱，一旦某一控制回路发生故障就可能导致生产过程全面瘫痪。

2.2.3集散控制系统（DCS）

集散控制系统的核心思想是集中管理、分散控制，即管理与控制相分离，上位机用于集中监视管理，下位机则分散到各个现场实现分布式控制，上、下位机之间通过控制网络互连实现信息传递。这种分布式的控制体系结构有力的克服了集中型数字控制系统中对控制器处理能力和可靠性要求极高的缺陷。分布式控制思想正是得益于网络技术的发展和应用，然而，DCS厂家其控制通信网络大多采用各自专用的封闭形式，不同厂家的DCS系统之间以及DCS与上层Intranet、Internet信息网络之间难以实现网络互连和信息共享，因此集散控制系统从这个角度而言也是一种封闭的、不可相互操作的控制系统。不过值得一提的是，近年来DCS系统的网络已经逐步从采用专有技术转向采用IT界以成为标准的以太网技术，使得DCS仍然具有相当强劲的竞争力。

2.2.4现场总线控制系统（FCS）

现场总线控制系统兴起于20世纪90年代。随着现场总线技术于智能仪表管控一体化（仪表调校、控制组态、诊断、报警、记录）的发展，这种开放型的工厂底层控制网络构造了新一代的网络集成式全分布计算机控制系统，即现场总线控制系统。根据IEC标准及现场总线基金会的定义：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线系统应具有以下技术特点：1.系统的开放性；2.互可操作性与可用性；3.现场设备的智能化与功能自治性；4.系统结构的高度分散性；5.对现场环境的适应性。

2.3.计算机控制技术的现状和发展趋势：

2.3.1计算机控制技术的网络化

在当今，计算机技术和网络技术正以迅猛的速度发展着，与此同时，各种层次的计算机网络在控制系统中的应用也越来越广泛，规模越来越大，控制系统的网络化时代渐渐到来。除了先前提到的集散控制系统以外，现场总线控制系统