計算機控制技術發展現狀與應用分析

王鼎堯

（沈陽理工大學,沈陽 110034）

0 引言

計算機控制技術是將計算機技術與自動控制技術相結合的一種技術，具有獨特的科技優勢，廣泛應用于工業、農業、航天航空、交通運輸等重要領域。計算機控制技術是一種以計算機為核心的自動控制技術，在促進國民經濟的發展和改善國計民生方面發揮了重要作用。

1 計算機控制系統基礎知識

1.1 計算機控制系統概念

計算機控制系統是一種通過將計算機以及各種輔助部件將被控對象與計算機相聯系的方式，來獲取一定控制目的的系統。這里的計算機不僅包括數字計算機，還包括微型計算機、大型計算機和各種專用計算機等。計算機與被控對象的聯系方式以及部件與部件之間的聯系方式主要分為有線聯系和無線聯系兩種形式，有線聯系即通過電纜等方式進行的聯系，無線聯系是指通過紅外線、無線電波等方式進行的聯系。這里的輔助部件可以分為執行裝置、輸入輸出接口以及檢測裝置等。

1.2 計算機控制系統特點與分類

計算機控制系統除了兼具計算機與自動控制系統的特點，還具有速度快、存儲大、精度高等新的特點，在提高控制的精密度與速度以及促進高復雜度控制方法的產生等方面發揮了重要作用。計算機控制技術的發展不僅改變了工業生產方式，而且優化了人們的生活方式。

計算機控制系統主要分為以下幾種：（1）數據采集系統。計算機不直接參與控制，而是對數據進行采集與處理，對各種變化趨勢進行分析，為操作人員提供參考；（2）分級控制系統。也就是集散控制系統（DCS系統），是一種以微處理器為基礎的一種新型控制系統；（3）直接數字控制系統。計算機直接參與控制，并通過較強的計算能力，實現控制算法的靈活轉換；（4）現場總線控制系統。是一種在DCS系統的基礎上發展而成的新一代分布式控制系統，其通信標準的統一促進了各廠商產品間的互聯并且降低了DCS系統成本；（5）監督計算機控制系統。是一種采用高檔微型計算機進行優化分析計算，實現高級控制與管理的系統。

1.3 計算機控制系統組成

計算機控制系統主要有閉環與開環兩種形式。閉環形式是當前計算機控制系統主要采用的形式，通過對被控對象各種狀態的信息采集，并進行特定的處理，由輸出控制信息去影響被控對象。在開環控制系統中，計算機不直接影響被控對象，而是通過人工的方式去影響。

計算機控制系統可分為軟件系統和硬件系統兩大組成部分。

（1）軟件系統。軟件系統是控制機按設計正常運行的基礎與必要條件。軟件系統又可以分為應用軟件與系統軟件。其中應用軟件主要通過過程控制程序、過程監視程序以及相應的服務程序來確保被控對象的正常運行。用戶的需求是應用軟件開發的重要依據，因此應用軟件會隨著控制要求與被控對象特性的變化而變化。當前，應用軟件正向模塊化與標準化方向發展，這不僅有助于加快軟件的開發周期，而且還有助于提高軟件的可靠性。系統軟件主要是指能夠協調計算機系統內部各種資源并與外界進行聯系或提供服務的各種軟件。

（2）硬件系統。計算機控制系統的硬件可以分為主機、外部設備、生產過程輸入輸出通道、通訊設備、操作臺等結構。主機由控制器、內存儲器和運算器組成；外部設備可分為外存儲器、輸入設備與輸出設備，對擴展主機的存儲容量和促進人機聯系起著重要作用。

2 計算機控制技術的發展與應用

計算機控制理論自上世紀50年代萌芽開始，經過不斷的改革與創新，現已經形成了一套完整的理論體系，大大促進了計算機控制技術的提高，當前我國計算機控制技術的發展主要呈現以下趨勢：

（1）網絡控制化發展。隨著計算機網絡技術在計算機控制系統的廣泛使用，傳統的回路控制發生了根本變化，擴大了計算機控制系統在電廠、航天航空、機械制造等領域的應用范圍，促進了信息資源的共享，并提高了控制的效率與可靠性。

（2）DCS與PLC的新發展。DCS即集散控制系統，通過采用分布式控制理念，以單片微機技術為載體，并以解決過程分散控制與信息集中管理整合問題為目的。未來DCS將朝著高質量、低能耗、低成本方向發展。PLC即可編程序控制系統，主要用于生產過程的控制。今后PLC的發展主要有以下幾個特點：控制器的高速、高能和大量；編程語言的多樣化以及通訊網絡的廣泛應用。

3 計算機控制系統的設計

計算機控制系統的設計是計算機控制系統正常高效運行的重要保障，計算機控制系統的設計不僅要考慮到系統的質量、可靠性、實時性，還應考慮到系統的長期有效性。計算機控制系統的設計過程主要包括以下步驟：（1）明確控制任務。設計的第一步就是明確控制任務，并制定詳細的設計任務說明書，這是整個設計過程的重要依據；（2）設計系統的總體方案。根據系統設計任務書，制定系統設計總體方案，選擇合理的軟、硬件以及最優的組合方式；（3）軟件設計。根據設計任務書以及用戶的具體需求，選擇合理的編程語言進行軟件的設計；（4）系統安裝調試。根據工藝流程圖進行系統安裝，并進行調試，及時解決出現的問題。

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