微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展概況及趨勢(shì)

微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展概況及趨勢(shì)微機(jī)控制技術(shù)是以微型計(jì)算機(jī)作為機(jī)電一體化的控制器，結(jié)合微型計(jì)算機(jī)的工作原理和接口設(shè)計(jì)，相應(yīng)的控制硬件和軟件以及它們的配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的控制的一門技術(shù)。它的發(fā)展離不開自動(dòng)控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越多地用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)。本文從計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史，我國(guó)工業(yè)控制機(jī)及系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，這幾個(gè)方面來(lái)闡述微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展概況及相關(guān)趨勢(shì)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在60年代引入控制領(lǐng)域當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)是控制調(diào)節(jié)器的設(shè)定點(diǎn), 具體的控制則由電子調(diào)節(jié)器來(lái)執(zhí)行, 這種系統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。在60 年代末期出現(xiàn)了用一臺(tái)計(jì)算機(jī)直接控制一個(gè)機(jī)組或一個(gè)車間的控制系統(tǒng),簡(jiǎn)稱集中控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)即常說(shuō)的直接數(shù)字控制(DDC)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)DDC 控制的基本思想是使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)代替若干個(gè)調(diào)節(jié)控制回路功能。這個(gè)控制系統(tǒng)由于只有一臺(tái)計(jì)算機(jī)而且沒(méi)有分層，所以非常有利于集中控制盒運(yùn)算的集中處理，并且能得到很好的反映，并且，各個(gè)控制規(guī)律都可以直接實(shí)現(xiàn)。但是，如果生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜，則該系統(tǒng)的可靠性就很難保證了。系統(tǒng)的危險(xiǎn)性過(guò)于集中, 一旦計(jì)算機(jī)發(fā)生故障, 整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)停頓。770 年代隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)和發(fā)展, 集散控制系統(tǒng)（DCS）出現(xiàn)，之后在此基礎(chǔ)上，隨著生產(chǎn)發(fā)展的需要而產(chǎn)生了一種更新一代的控制系統(tǒng)，即分布式控制系統(tǒng)。典型的集散控制系統(tǒng)具有兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下層負(fù)責(zé)完成各種現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的控制任務(wù),上層負(fù)責(zé)完成各種管理、決策和協(xié)調(diào)任務(wù)。90年代以來(lái)，隨著各個(gè)學(xué)科的發(fā)展和交叉融合，隨著現(xiàn)代大型工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的不斷興起, 利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為控制工具的綜合性控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)（CIPS）應(yīng)運(yùn)而生。它緊密依賴于最新發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)、 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和控制技術(shù)，并且終將成為未來(lái)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)工業(yè)控制發(fā)展的道路是比較曲折的，20世紀(jì)80年代末到90年代初，我國(guó)市場(chǎng)上大都是首先引進(jìn)了成套設(shè)備，在引進(jìn)成套設(shè)備的同時(shí)相繼引進(jìn)了各種工控系統(tǒng)，來(lái)填充國(guó)內(nèi)在這方面的不足，90年代后，在我國(guó)一批科學(xué)家的帶領(lǐng)下，我國(guó)逐漸有了自己設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)和裝置，建立自己的實(shí)驗(yàn)室，生產(chǎn)出屬于自己版權(quán)的產(chǎn)品，然后在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)和應(yīng)用，從1997年開始，大陸本土的IPC廠商開始進(jìn)入該 市場(chǎng)，IPC也隨之發(fā)展成了中國(guó)第二代主流工控機(jī)技術(shù)。1目前國(guó)內(nèi)的工控機(jī)供應(yīng)渠道主要來(lái)源于中國(guó)臺(tái)灣及內(nèi)地的廠商，國(guó)外的產(chǎn)品（例如RADISYS、ROCKWELL、INTEL等）經(jīng)過(guò)幾年的市場(chǎng)拼殺后，由于成本高、價(jià)格高、服務(wù)難，現(xiàn)已完全退出國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。目前，國(guó)內(nèi)的IT業(yè)研發(fā)、加工技術(shù)力量不斷提升；各類芯片和各類器件、生產(chǎn)設(shè)備在國(guó)際市場(chǎng)基本可平等選購(gòu)；軟件資源的可移植性可節(jié)省大量的人力、物力。在這些有利條件下，國(guó)內(nèi)一些廠商抓住機(jī)會(huì)快速崛起，利用本土綜合競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)逐步將國(guó)外品牌擠出國(guó)內(nèi)工控市場(chǎng)。某些企業(yè)以每年超過(guò)100%的資產(chǎn)增長(zhǎng)速度，鼎立于國(guó)內(nèi)的工控市場(chǎng)，而且已成功打入國(guó)際工控市場(chǎng)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將會(huì)有以下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)（1）DCS和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)技術(shù)正在相互滲透發(fā)展，并擴(kuò)大各自的應(yīng)用領(lǐng)域。原來(lái)一般流程工業(yè)的控制多選用集散型控制系統(tǒng)（DCS），離散型制造業(yè)的控制多采用可編程控制器（PLC）。隨著DCS和PLC相互滲透發(fā)展繼而擴(kuò)大自己的應(yīng)用領(lǐng)域，將出現(xiàn)DCS和PLC融合于一體的集成過(guò)程控制系統(tǒng)。2（2）隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展, 各種層次的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛, 規(guī)模也越來(lái)越大, 從而使傳統(tǒng)意義上的回路控制系統(tǒng)所具有的特點(diǎn)在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化過(guò)程中發(fā)生了根本變化, 并最終逐步實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化。并且工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)將向有線和無(wú)線相結(jié)合的方向發(fā)展。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無(wú)線技術(shù)以及智能傳感器技術(shù)的結(jié)合，產(chǎn)生了基于無(wú)線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器。這種基于無(wú)線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器使得工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)能夠通過(guò)無(wú)線鏈路直接在網(wǎng)絡(luò)上傳輸、發(fā)布和共享。3（3）在傳統(tǒng)的集散和分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中, 根據(jù)完成的不同功能和實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu), 系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)為界限被分成了多個(gè)層次,各層網(wǎng)絡(luò)之間通過(guò)計(jì)算機(jī)相連。這中復(fù)雜多層的結(jié)構(gòu)會(huì)造成多種障礙，具有很多缺點(diǎn)。新一代計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯變化,逐步形成兩層網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。上層負(fù)責(zé)完成高層管理功能, 包括各種控制功能之間的協(xié)調(diào)、 系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度、 信息綜合管理和組織以及總體任務(wù)的規(guī)劃等。底層負(fù)責(zé)完成所有具體的控制任務(wù),如參數(shù)調(diào)節(jié)的回路控制、 過(guò)程數(shù)據(jù)的采集和顯示、現(xiàn)場(chǎng)控制的監(jiān)視以及故障診斷和處理等等。4（4）隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)工業(yè)過(guò)程不僅要求控制的精確性，更加注重控制的魯棒性、實(shí)時(shí)性、容錯(cuò)性以及對(duì)控制參數(shù)的自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)能力。另外，被控工業(yè)過(guò)程日趨復(fù)雜，過(guò)程嚴(yán)重的非線性和不確定性，使許多系統(tǒng)無(wú)法用數(shù)學(xué)模型精確描述。這樣建立在數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的傳統(tǒng)方法將面臨空前的挑戰(zhàn)，也給智能控制方法的發(fā)展創(chuàng)造了良好的機(jī)遇。傳統(tǒng)的控制方法在很大的程度上依賴于過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，但是，至今獲取過(guò)程的精確數(shù)學(xué)模型仍然是一件十分困難的工作。沒(méi)有精確的數(shù)學(xué)模型作前提，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的性能將大打折扣。而智能控制器的設(shè)計(jì)卻不依贛過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，因而對(duì)于復(fù)雜的工業(yè)過(guò)程往往可以取得很好的控銣效果。5（5）工業(yè)控制軟件己向組態(tài)化方向發(fā)展，工業(yè)控制軟件主要包括人機(jī)界面軟件、控制軟件以及生產(chǎn)管理軟件等。目前，我國(guó)已開發(fā)出一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件平臺(tái)、先進(jìn)控制軟件、過(guò)程優(yōu)化控制軟件等成套應(yīng)用軟件。6參考文獻(xiàn)：1肖承華.我國(guó)工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)狀M.湖南：冷水江，2013:12-242黃勤.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009:12-143張艷兵.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)M.北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2008:17-20.4徐建軍.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)理論與應(yīng)用C.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008:17-22.5祁立勛.淺談淺談?dòng)?jì)算機(jī)控制技術(shù)原理及發(fā)展趨勢(shì)P.北京：信息出版社,2010:8-16周志峰.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)M北京:清華大學(xué)出版,2014:11-147 William B Gudykunst. computer technology theory