試述工業計算機控制系統的組成及應用

摘要：工業生產過程進行計算機控制是提高產品質量、降低成本、 減少環境污染的必由之路，計算機控制系統已成為生產設備及過程控制等重要的組成部分，它代替人的思維成為工業設備及工藝過程控制、產品質量控制的指揮和監督中心。

關鍵詞：工業計算機控制系統應用

在工業自動化體系中，一個重要的角色就是工業控制計算機，即IPC，或者叫產業PC。工業生產過程進行計算機控制是提高產品質量、降低成本、減少環境污染的必由之路，計算機控制系統已成為生產設備及過程控制等重要的組成部分，它代替人的思維成為工業設備及工藝過程控制、產品質量控制的指揮和監督中心。工業生產過程的計算機控制系統，隨著計算機的進步、工業生產工藝過程控制要求的提高和生產管理的完善而不斷發展。

一、工業計算機控制系統的組成

工業自動化體系主要包括工業自動化軟件、硬件和系統三大部分。作為20世紀現代制造領域中最重要的技術之一，工業控制自動化技術主要解決生產效率與一致性問題。自動化系統與計算機信息科學的緊密結合，給工業生產過程帶來了新的技術革新。

工業計算機控制系統（CCS)是應用計算機參與控制并借助一些輔助部件與被控對象相聯系，以獲得一定控制目的而構成的系統。計算機控制系統由控制部分和被控對象組成，其控制部分包括硬件部分和軟件部分，這不同于模擬控制器構成的系統只由硬件組成。計算機控制系統軟件包括系統軟件和應用軟件。系統軟件一般包括操作系統、語言處理程序和服務性程序等，它們通常由計算機制造廠為用戶配套，有一定的通用性。應用軟件是為實現特定控制目的而編制的專用程序，如數據采集程序、控制決策程序、輸出處理程序和報警處理程序等。它們涉及被控對象的自身特征和控制策略等，由實施控制系統的專業人員自行編制。

目前工業計算機控制系統按結構層次基本上劃分為：直接數字控制（DDC）系統、監督控制（SCC）系統、集散型控制系統（DCS）、遞階控制系統 （HCS）和現場總線控制系統（FCS）等幾種，其中DCS是融 DDC 系統、SCC 系統及整個工廠的生產管理為一體的高級控制系統，該系統克服了其他控制系統中存在的“危險集中”問題，具有較高的可靠性和實用性。但是，為了進一步適合現場的需要，DCS 也在不斷更新換代，近年來，集計算機、通信、控制三種技術為一體的第五代過程控制體系結構，即現場總線控制系統，成為國內外計算機過程控制系統一個重要的發展方向。

二、計算機控制在工業自動化的設計和應用

工業生產過程中廣泛應用了工業控制自動化技術，來實現對工業生產過程實現檢測、控制、優化、調度、管理和決策，以達到提高產品品質和產量、降低生產消耗、確保安全等目的。那么如何實現工業計算機控制呢？現在介紹設計思路如下：

（1）計算機控制系統設計的一般步驟

計算機控制系統的設計，隨被控對象、設備種類、控制方式等的不同而不同，但系統設計的基本步驟大體類似，一般包括系統設計分析、確定控制算法、系統總體設計、硬件設計、軟件設計以及系統調試等。下面分別作一些介紹。①確定控制方案：開環？閉環？單環？多環？DCC？SCC？DCS？ ②確定系統的構成方式：要求高：工控機；要求低：單回路控制器、低檔PLC或總線式工控機。③現場設備選擇：傳感器、變送器和執行器型號和類型的選擇

（2）確定控制算法

控制算法的選擇非常重要，它的好壞關系到整個控制系統的成敗。注意點：① 所選擇的控制算法是否能滿足對系統的動態過程、穩態精度和穩定性的要求。② 各種控制算法提供了一套通用的計算公式，但具體到一個控制對象上，必須有分析地選用。③ 當控制系統比較復雜時，其控制算法一般也比較復雜，使整個控制系統的實現比較困難。合理簡化，再完善。

（3）系統硬、軟件的設計

在計算機控制系統中，一些控制功能既能用硬件實現，也能用軟件實現。因此在系統設計時，硬、軟件的功能劃分應綜合考慮。硬件速度快、可減輕主機的負擔、但要增加成本；軟件可以增加控制的靈活性，減少成本，但要占用更多的主機時間。①硬件設計：包括輸入、輸出接口電路的設計，輸入、輸出通道設計和操作控制臺的設計。

要設計出硬件原理圖、印刷電路板、機架施工圖等。②軟件設計：硬件設計好了后，系統的功能主要依賴軟件。要繪制程序總體流程圖和各功能模塊流程圖，編制程序清單，編寫程序說明。

（4）系統調試

系統調試包括系統硬件、軟件分調與聯調，系統模擬調試和現場投運。調試過程往往是先分調、再聯調，有問題再回到分調，加以修改后再聯調，反復進行，直到達到設計要求為止。

（5）工業計算機系統的維護

提高計算機控制系統的可靠性和可維修性的常用方法：a 提高元器件的可靠性；b 采用冗余技術；c 采取抗干擾措施；d 采用故障診斷；e系統的恢復技術；f 軟件可靠性技術。

總之，工業計算機控制系統應用總體思想具備：①系統操作性能好，硬件和軟件要使用方便和維修方便；②可靠性高；③通用性好，便于擴充；④實時性強；⑤設計周期短、價格便宜。至于具體的系統設計和總線類型的選擇由于篇幅原因不再詳述了，感興趣的讀者可以查閱相關資料進行學習。

三、工業控制計算機在工業自動化中的重要意義

工業控制計算機技術是開放式的系統，其高可靠性、易用性方便了工業環境的使用。并且在其基礎上發展起來的網絡化和現場總線技術又進一步促進了工業自動化的發展。工業控制計算機可謂是工業自動化發展的源動力。并且系統可以顯著提高企業的生產效益，節約運營成本，使生產企業得以實現深層次的信息化，對企業管理提供準確可靠的參考，使企業得以取得最大的效益，贏得發展先機。目前，工業控制自動化技術正在向智能化、網絡化和集成化方向發展。隨著電力、冶金、石化、環保、交通、建筑等領域的迅速發展，工控機的市場需求將會越來越大，工控機市場發展前景十分廣闊。