計算機控制結(jié)課論文計算機控制技術(shù)在工農(nóng)業(yè)的發(fā)展及應(yīng)用

1、計算機控制技術(shù)在工、農(nóng)業(yè)的發(fā)展及應(yīng)用學(xué) 院 信息科學(xué)與技術(shù)專 業(yè) 班 級 00000 學(xué) 號 0 姓 名 指導(dǎo)老師 一、摘要計算機控制系統(tǒng)是自動控制技術(shù)和計算機技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，利用計算機（通常稱為工業(yè)控制計算機，簡稱工控機）來實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動控制的系統(tǒng)，它由控制計算機本體（包括硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）和受控對象兩大部分組成。隨著計算機技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的快速發(fā)展，計算機控制技術(shù)誕生并迅速蓬勃發(fā)展起來，其應(yīng)用遍及國防、航空航天、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)等多種領(lǐng)域。本文主要介紹計算機控制技術(shù)在工、農(nóng)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景趨勢，以及關(guān)于計算機控制技術(shù)的思考。二、計算機過程控制系統(tǒng)國內(nèi)外應(yīng)用狀況近十幾年，過程控制

2、系統(tǒng)發(fā)展非常迅速，由于集散控制系統(tǒng)是這一領(lǐng)域的主導(dǎo)發(fā)展方向，各國廠商都在這一市場不斷推陳出新。美國和日本的產(chǎn)品代表兩個主要的發(fā)展方向：美國廠商重點推出開放型集散系統(tǒng)，加速研制現(xiàn)場總線產(chǎn)品，推廣應(yīng)用智能變送器；日本廠商則著重發(fā)展高功能集散系統(tǒng)，從軟件開發(fā)入手，挖掘軟件工作的潛力，強調(diào)控制功能和管理功能的結(jié)合。20世紀80年代，比較著名的大型集散控制系統(tǒng)新產(chǎn)品有：美國Honeywell公司的TDC一3000，F(xiàn)oxboro公司的VAS，Bailey公司的INn一9o，日本橫河公司的CENTRUM XL，英國Oxford Automation公司的SYSTEM一86，德國Siemens公司的TELE

3、PERM系統(tǒng)等等。這些都屬于第三代DCS，控制點可達到一萬點以上，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)接近標準化，采用局域網(wǎng)技術(shù)。它的主要改變是在局域網(wǎng)絡(luò)方面，采用了符合國際標準化組織ISO的OSI開放系統(tǒng)互連的參考模型。因此，在符合開放系統(tǒng)的各制造廠商產(chǎn)品間可以互相連接、互相通訊和進行數(shù)據(jù)交換，第三方的應(yīng)用軟件也能在系統(tǒng)中應(yīng)用，從而使集散控制系統(tǒng)進入了更高的階段。在2o世紀9o年代初，隨著對控制和管理要求的不斷提高，第四代集散控制系統(tǒng)以管控一體化的形式出現(xiàn)。它在硬件上采用了開放的工作站，使用mSc替代CISC，采用了客戶機服務(wù)器(ClientServer)的結(jié)構(gòu)。在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上增加了工廠信息網(wǎng)(Intranet)，并可與

4、國際信息網(wǎng)(IntemeO 聯(lián)網(wǎng)。在軟件上則采用UNIX系統(tǒng)和XWindows的圖形用戶界面，系統(tǒng)的軟件更豐富。同時，在制造業(yè)，計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)得到了應(yīng)用，使人們看到了應(yīng)用信息管理系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的出現(xiàn)，在世界上引起了廣泛重視，各大儀表制造廠商紛紛在自己的DCS系統(tǒng)中融7、現(xiàn)場總線技術(shù)，推出現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)及相應(yīng)的現(xiàn)場總線儀表裝置。第四代集散控制系統(tǒng)的典型產(chǎn)品有Honeywell公司的TPS控制系統(tǒng)，橫河公司CENTE R CS控制系統(tǒng)，F(xiàn)oxboro公司lAS 5051系列控制系統(tǒng)，ABB公司Advant系列OCS開放控制系統(tǒng)等。這代集散控制系統(tǒng)主要是為解決DC

5、S系統(tǒng)的集中管理而研制，它們在信息的管理、通訊等方面提供了綜合的解決方案。三、計算機控制技術(shù)的發(fā)展趨勢長期以來，計算機控制技術(shù)的發(fā)展始終緊隨著計算機技術(shù)的發(fā)展步伐，如今計算機控制技術(shù)的發(fā)展又多了許多新的方向。1.計算機控制技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化在當今，計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正以迅猛的速度發(fā)展著，與此同時，各種層次的計算機網(wǎng)絡(luò)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越廣泛，規(guī)模越來越大，控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化時代漸漸到來。除了先前提到的集散控制系統(tǒng)以外，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System，簡稱FCS）也是計算機控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化下誕生的一個新的控制結(jié)構(gòu)。將控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，使控制作用的實現(xiàn)不再局限于傳統(tǒng)意

6、義上的控制系統(tǒng)，而是由各種儀表單元分別獨立完成各自的工作，然后再通過網(wǎng)絡(luò)進行彼此間的信息交換和組織，并相互協(xié)作，最終實現(xiàn)預(yù)定完成的控制任務(wù)。這種近似于模塊化的思想，可以使各部分獨立工作，不產(chǎn)生干擾，有可以根據(jù)需要增減控制網(wǎng)絡(luò)中的個體，大大增強了系統(tǒng)的實用性。2.計算機控制技術(shù)的集成化計算機集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacturing System，簡稱CIMS）是在新的生產(chǎn)組織原理和概念指導(dǎo)下形成的一種新型生產(chǎn)模式，具有生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)周期短、產(chǎn)品質(zhì)量高等一系列極有吸引力的優(yōu)點。CIMS將成為21世紀占主導(dǎo)地位的新型生產(chǎn)方式，世界上很多國家包括我國都已經(jīng)把發(fā)

7、展CIMS定為本國制造工業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略，并制定了許多由政府或工業(yè)界支持的計劃，用以推動計算機集成制造系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用。計算機控制系統(tǒng)的集成化也已經(jīng)成為當今計算機控制技術(shù)的又一發(fā)展趨勢。3.計算機控制技術(shù)的智能化目前的典型智能控制方法有：模糊控制、專家控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。模糊控制繞過了對象的不確定性、不精確性、噪聲、非線性、時變性以及時滯性等影響，實現(xiàn)簡單，適應(yīng)面廣，但是其對控制規(guī)則的制定要求較高，對于復(fù)雜的工業(yè)過程以及對象的動態(tài)特性并不是完全適合。專家控制尚未形成有普遍意義的理論體系和設(shè)計方法，但是其作為一種智能控制形式，在實際中有著很廣闊的應(yīng)用前景。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的研究在近年來得到了越來越多的

8、關(guān)注和重視，它在控制中的應(yīng)用已成為其中一個主要方面，它試圖模擬人腦的功能，具有自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)的功能，但實時性方面還存在問題。目前的各種智能控制方法各有優(yōu)缺點，因此，將各種控制策略相互滲透，相互結(jié)合，取長補短，發(fā)展成更新型更實用的合成智能控制策略已經(jīng)成為了計算機控制技術(shù)的必然趨勢之一。4.計算機控制技術(shù)的標準化任何技術(shù)的發(fā)展最終都會趨向于標準化，計算機控制技術(shù)也不例外，將計算機控制技術(shù)標準化，可大大促進計算機控制技術(shù)的發(fā)展。目前國際公認的標準尚未建立，但已有很多廠商愿意采用一些通用性較強的產(chǎn)品，相信不久的將來，計算機控制技術(shù)必將建立一套國際化通用標準。四、計算機控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用計算機和信

9、息技術(shù)與各種農(nóng)業(yè)設(shè)施、農(nóng)業(yè)機械技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生了農(nóng)業(yè)計算機自動控制技術(shù)。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于大型溫室、農(nóng)場的畜禽生產(chǎn)管理、農(nóng)田灌溉、農(nóng)機管理、農(nóng)產(chǎn)品加工、農(nóng)業(yè)科研等方面, 大大節(jié)省了勞力, 提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。信息技術(shù)特別是人工智能技術(shù)在一些國家的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。進入20世紀90 年代, 美國、日本、西歐等發(fā)達國家的信息產(chǎn)業(yè)增長率超過15%, 相當于這些國家同期GTP 增長速度的3 5倍。農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的主要成果之一體現(xiàn)在應(yīng)用信息技術(shù)解決某個或某類農(nóng)業(yè)問題, 例如應(yīng)用信息技術(shù)快捷地對實驗數(shù)據(jù)進行組織、加工和處理, 分析土壤肥料的各種特性, 實現(xiàn)精細農(nóng)作, 實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理的自動化和輔

10、助決策。1 .美國70年代以來美國的計算機應(yīng)用逐步推廣到農(nóng)場范圍; 到1985 年, 美國已有8%的農(nóng)場主使用計算機處理農(nóng)場事務(wù), 其中一些大農(nóng)場的生產(chǎn)和管理則已計算機化。迄今, 計算機的應(yīng)用給美國的農(nóng)場管理、科研和生產(chǎn)帶來了高質(zhì)量、高效率和高效益。農(nóng)田灌溉調(diào)控自動化美國計算機化的滴灌和噴灌技術(shù)已相當成熟, 并已在亞利桑那州西南部大片沙漠地帶安裝了世界上最大的灌溉調(diào)控系統(tǒng), 這不但能節(jié)省50%以上的用水量和能量, 而且能減少鹽分的集結(jié), 最終使產(chǎn)量增加1倍。美國加州農(nóng)田灌溉專家克勞德!芬恩研制出一種用于地下滴灌的生物程序控制機, 這個控制系統(tǒng)使用計算機聯(lián)結(jié)的傳感器測定作物的需水信息, 并控制埋

11、于表層土壤下的細小塑料水管的水閥, 不但按需放水, 還能使肥、水同滴, 取得了很好的效益。畜禽生產(chǎn)管理自動化美國的畜禽飼養(yǎng)計算機化已經(jīng)相當普遍, 管理豬生產(chǎn)的計算機系統(tǒng)中存儲著分娩、死亡、生長、出售、食物比例和管理過程中所需的各種數(shù)據(jù)和信息, 它可以分析、預(yù)測豬的銷售、交配、產(chǎn)仔母豬所需飼料、豬種退化以及最佳良種替代等; 還可根據(jù)存儲的育種和品質(zhì)資料、母豬級別指標、營養(yǎng)效果、豬仔生產(chǎn)和市場價格等數(shù)據(jù), 分析經(jīng)濟效益和商品價值等。農(nóng)機管理與農(nóng)產(chǎn)品貯存加工自動化美國用計算機管理農(nóng)業(yè)機械可以幫助選用適當?shù)霓r(nóng)機型號和規(guī)格, 降低使用成本, 確定更新設(shè)備的時機。計算機在農(nóng)副產(chǎn)品加工方面也有廣泛的應(yīng)用,

12、美國有一個日產(chǎn)700噸混合飼料的加工中心用2 臺IBM 小型機自動控制了20種混合飼料的全部生產(chǎn)流程。華盛頓州有一家馬鈴薯通風(fēng)庫在計算機控制下可自動控制通風(fēng)窗進行空氣調(diào)節(jié), 使貯藏期分別達到3 10個月之久, 實現(xiàn)了周年供應(yīng)。計算機在溫室環(huán)境方面的應(yīng)用最顯其能, 美國中北部運用一種計算機控制箱能自動控制溫室的溫度、濕度, 還能定時適量地噴灑農(nóng)藥和肥料, 并調(diào)節(jié)灌溉系統(tǒng)使作物處于最佳狀態(tài), 因而大大提高了產(chǎn)量。2 .日本目前, 在日本已建立了一些農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化管理系統(tǒng), 如植物工廠的蔬菜生產(chǎn)管理系統(tǒng)(菠菜、番茄、黃瓜、茄子、西紅柿和草莓等已進入批量生產(chǎn))、陸田水田耕作、畜牧生產(chǎn)、家畜衛(wèi)生系統(tǒng)、農(nóng)

13、業(yè)工程和機械管理系統(tǒng)等。例如, 橫河電機綠色農(nóng)場是計算機控制農(nóng)業(yè)溫室的試驗基地, 總投資5 億日元, 5幢溫室4500平方米, 年銷售額2億日元, 凈利10%。農(nóng)場主要生產(chǎn)無土栽培蝴蝶蘭, 有4個操作工, 10 個計時工, 由1 臺計算機控制。把肥料、PH值、溫度、濕度的數(shù)據(jù)輸入計算機, 由計算機控制這些生長條件, 而且可在計算機上觀察每個溫室各個生長期的變化情況。1臺計算機可控制1 36個溫室, 1 臺計算機( 包括軟件) 及控制設(shè)備需3000萬日元, 1平方米溫室造價7 萬日元。五、計算機控制技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用 對工業(yè)生產(chǎn)過程進行計算機控制是提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、減少環(huán)境污染的必由之路

14、，計算機控制系統(tǒng)已成為生產(chǎn)設(shè)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(yè)設(shè)備及工藝過程控制、產(chǎn)品質(zhì)量控制的指揮和監(jiān)督中心。工業(yè)生產(chǎn)過程的計算機控制系統(tǒng)，隨著計算機的進步、工業(yè)生產(chǎn)工藝過程控制要求的提高和生產(chǎn)管理的完善而不斷發(fā)展。目前工業(yè)計算機控制系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)層次基本上劃分為：直接數(shù)字控制（DDC）系統(tǒng)、監(jiān)督控制（SCC）系統(tǒng)、集散型控制系統(tǒng)（DCS）、遞階控制系統(tǒng)（HCS）和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）等幾種，其中DCS是融DDC系統(tǒng)、SCC系統(tǒng)及整個工廠的生產(chǎn)管理為一體的高級控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)克服了其他控制系統(tǒng)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(xiàn)場的需

15、要，DCS也在不斷更新?lián)Q代，近年來，集計算機、通信、控制三種技術(shù)為一體的第5代過程控制體系結(jié)構(gòu)，即現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，成為國內(nèi)外計算機過程控制系統(tǒng)一個重要的發(fā)展方向。本文對各種工業(yè)控制計算機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次和特點以及發(fā)展方向作一分析研究。當前以單片機為主體的DDC控制儀用量最大，如控制溫度、流量，控制風(fēng)機、水、油泵及爐門升降機構(gòu)等。這種微機控制儀表的功能已大大超過以摸擬電子元件為基礎(chǔ)的測量儀表，而且有了處理工藝參數(shù)的功能，但它們需要與中間繼電器、交流接觸器、晶閘管、電磁閥、比例閥等執(zhí)行機構(gòu)形成完善的控制系統(tǒng)。多數(shù)DDC控制儀采用PID和模糊控制算法，但自身自調(diào)整和在線優(yōu)化能力仍較弱。最新推出的DD

16、C控制系統(tǒng)均配有通信接口，可方便地進行聯(lián)機。這類控制系統(tǒng)的主要特點是結(jié)構(gòu)緊湊、輕便靈活、便于維護，有較高的抗干擾能力和控制精度，操作方便。主要問題是受運行速度和內(nèi)存容量的限制，一般只能按預(yù)定工藝參數(shù)進行工藝過程控制，難于動態(tài)控制熱處理工藝過程和產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)測，因此還是初級微機控制系統(tǒng)。國產(chǎn)的這類控制儀種類多，但目前仍存在著抗干擾自復(fù)位能力較差，可靠性差等問題。六、思考總結(jié)通過本課程的學(xué)習(xí)，我對計算機控制技術(shù)有了一定的了解，計算機控制技術(shù)是一門以電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機應(yīng)用技術(shù)為基礎(chǔ)，以計算機控制技術(shù)為核心，綜合可編程控制技術(shù)、單片機技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從而實現(xiàn)生產(chǎn)技術(shù)的精密化、生產(chǎn)設(shè)備的信息化、生產(chǎn)過程的自動化及機電控制系統(tǒng)的最佳化的專門學(xué)科。 計算機的應(yīng)用促進了控制理論的發(fā)展，先進的控制理論和計算機技術(shù)相結(jié)合推動計算機控制技術(shù)不斷前進。 計算機控制技術(shù)的發(fā)展日新月異，作為現(xiàn)代從事工業(yè)控制和智能儀表研究、開發(fā)及使用的技術(shù)人員，必須不斷學(xué)習(xí)，加快知識更新的速度，才能適應(yīng)社會的需要，才能在工業(yè)控制領(lǐng)域里繼續(xù)邀游。而