工學(xué)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及應(yīng)用論文

1、淺談?dòng)?jì)算機(jī)控制技術(shù)及應(yīng)用摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)絹碓蕉嗟挠糜?jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)控制。近年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、檢測(cè)與傳感器技術(shù)、CRT顯示技術(shù)、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微電子技術(shù)的高速發(fā)展，給計(jì)算機(jī)控制技術(shù)帶來了巨大的發(fā)展。然而，設(shè)計(jì)一個(gè)性能好的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是非常重要的。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩大部分組成，一個(gè)完整的控制系統(tǒng)還需要考慮系統(tǒng)的抗干擾性能，系統(tǒng)的抗干擾性能力是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、系統(tǒng)、應(yīng)用Chat computer control technologyand its applicationAbstract：With the develop

2、ment of science and technology, more and more people use computers to achieve control. In recent years, computer technology, automation technology, detection and sensor technology, CRT display technology, communications and network technology and the rapid development of microelectronic technology,

3、a computer control technology has brought great development. However, the design of a computer control system for good performance is very important. Computer control system is mainly composed of two major components of hardware and software, a complete control system also need to consider the anti-

4、interference performance of the system, the system is related to the anti-jamming capabilities and reliable operation of the system key.Keywords：computer control technology、system、apply正文：一、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的概述1、計(jì)算機(jī)控制的概念（1）開環(huán)控制系統(tǒng)若系統(tǒng)的輸出量對(duì)系統(tǒng)的控制作用沒有影響，則稱該系統(tǒng)為開環(huán)控制系統(tǒng)。在開環(huán)控制系統(tǒng)中，既不需要對(duì)系統(tǒng)的輸出量進(jìn)行測(cè)量，也不需要將它反饋到輸入端與輸入量進(jìn)行比較。（2

5、）閉環(huán)控制系統(tǒng)凡是系統(tǒng)的輸出信號(hào)對(duì)控制作用能有直接影響的系統(tǒng)都叫作閉環(huán)控制系統(tǒng)，即閉環(huán)系統(tǒng)是一個(gè)反饋系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)中系統(tǒng)的穩(wěn)定性是一個(gè)重要問題。2、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的系統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，也稱它為數(shù)字控制系統(tǒng)。若不考慮量化問題，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)即為采樣系統(tǒng)。進(jìn)一步，若將連續(xù)的控制對(duì)象和保持器一起離散化，那么采樣控制系統(tǒng)即為離散控制系統(tǒng)。所以采樣和離散系統(tǒng)理論是研究計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)。3、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：對(duì)來自測(cè)量變送裝置的被控量的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測(cè)和輸入。（2）實(shí)時(shí)控制決策：對(duì)采集到的被控量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，并按已定的控制規(guī)律決定進(jìn)一步的的控

6、制過程。（3）實(shí)時(shí)控制：根據(jù)控制決策，適時(shí)地對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)，完成控制任務(wù)。4、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）結(jié)構(gòu)上。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中除測(cè)量裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等常用的模擬部件之外，其執(zhí)行控制功能的核心部件是數(shù)字計(jì)算機(jī)，所以計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是模擬和數(shù)字部件的混合系統(tǒng)。（2）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中除仍有連續(xù)模擬信號(hào)之外，還有離散模擬、離散數(shù)字等多種信號(hào)形式。（3）由于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中除了包含連續(xù)信號(hào)外，還包含有數(shù)字信號(hào)，從而使計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與連續(xù)控制系統(tǒng)在本質(zhì)上有許多不同，需采用專門的理論來分析和設(shè)計(jì)。（4）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，修改一個(gè)控制規(guī)律，只需修改軟件，便于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律和對(duì)控制方案進(jìn)行在線修改，使

7、系統(tǒng)具有很大靈活性和適應(yīng)性。（5）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，由于計(jì)算機(jī)具有高速的運(yùn)算能力，一個(gè)控制器（控制計(jì)算機(jī)）經(jīng)?？梢圆捎梅謺r(shí)控制的方式而同時(shí)控制多個(gè)回路。（6）采用計(jì)算機(jī)控制，如分級(jí)計(jì)算機(jī)控制、離散控制系統(tǒng)、微機(jī)網(wǎng)絡(luò)等，便于實(shí)現(xiàn)控制與管理一體化，使工業(yè)企業(yè)的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高。5、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩大部分組成，而一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)由下列幾部分組成：被控對(duì)象、主機(jī)、外部設(shè)備、外圍設(shè)備、自動(dòng)化儀表和軟件系統(tǒng)。（1）硬件：a)由中央處理器，時(shí)鐘電路，內(nèi)存儲(chǔ)器構(gòu)成的計(jì)算機(jī)主機(jī)是組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的核心部分。 b)通用外圍設(shè)備按功能可分為輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和外存儲(chǔ)器

8、三類。 c)過程通道，又稱過程通道。 d)通用接口電路，一般有并行接口、串行接口和管理接口（包括中斷管理、直接存取DMA管理、計(jì)數(shù)/定時(shí)等）。 e)傳感器的主要功能是將被檢測(cè)的非電學(xué)量參數(shù)轉(zhuǎn)變成電學(xué)量。變送器的作用是將傳感器得到的電信號(hào)轉(zhuǎn)變成適用于計(jì)算機(jī)借口使用的標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)（如）。 f)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一般要有一套專供運(yùn)行操作人員使用的控制臺(tái)稱為運(yùn)行操作臺(tái)，操作臺(tái)一般包括各種控制開關(guān)、數(shù)字鍵、功能鍵、指示燈、聲信器、數(shù)字顯示器或顯示器等。（2）軟件：軟件是指計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中具有各種功能的計(jì)算機(jī)程序的總和，如完成操作、監(jiān)控、管理、控制、計(jì)算和自診斷等功能的程序。整個(gè)系統(tǒng)在軟件指揮下協(xié)調(diào)工作。從功

9、能區(qū)分，軟件可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。二、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型應(yīng)用方式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)所采用的形式與它所控制的生產(chǎn)過程的復(fù)雜程度密切相關(guān)，不同的被控對(duì)象和不同的要求，應(yīng)有不同的控制方案。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)大致可分為以下幾種典型的形式。它們是：操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)；直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC），DDC系統(tǒng)屬于計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)工業(yè)生產(chǎn)過程中最普遍的一種應(yīng)用方式；監(jiān)督控制系統(tǒng)（SCC）；分散控制系統(tǒng)（DCS）和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。1、操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活安全，但由于要人工操作，速度受到限制，不能控制多個(gè)對(duì)象。2、直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）DDC系統(tǒng)是面向生產(chǎn)過程的底層應(yīng)用

10、功能。計(jì)算機(jī)通過自動(dòng)化儀表、輸入通道、輸出通道，采集現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)，經(jīng)過處理和按一定控制規(guī)律的控制算法運(yùn)算后，向生產(chǎn)過程輸出控制信號(hào)，直接參與對(duì)過程參DAS系統(tǒng)的監(jiān)視功能?？刂品桨赣绍浖?shí)現(xiàn)，修改靈活、方便，除能實(shí)現(xiàn)PID控制規(guī)律外，還能實(shí)現(xiàn)多回路的串級(jí)控制、前饋控制、純滯后補(bǔ)償控制、多變量解耦控制及自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、最優(yōu)控制和智能控制等復(fù)雜控制規(guī)律的控制。DDC系統(tǒng)一個(gè)是閉環(huán)控制系統(tǒng)。3、監(jiān)督控制系統(tǒng)（SCC）SCC系統(tǒng)是一個(gè)分機(jī)的控制系統(tǒng)。上級(jí)的監(jiān)督計(jì)算機(jī)從生產(chǎn)過程采集反映工況的參數(shù)，進(jìn)行尋優(yōu)計(jì)算，計(jì)算出當(dāng)時(shí)工況下的最佳給定值，提供給下級(jí)執(zhí)行DDC控制的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)過程的控制?？蓪?shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的最優(yōu)

11、控制，使控制的目標(biāo)值達(dá)到最佳。SCC可以提高系統(tǒng)的可靠性，當(dāng)上位機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，DDC計(jì)算機(jī)可以獨(dú)立完成控制操作；當(dāng)DDC計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)監(jiān)督控制計(jì)算機(jī)可以取而代之，執(zhí)行控制任務(wù)。SCC是閉環(huán)控制系統(tǒng)。4、分散控制系統(tǒng)（DCS）DCS是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和顯示技術(shù)（即所謂“四C”技術(shù)）結(jié)合起來的新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。它通過數(shù)據(jù)高速公路（或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)）將分散在不同地方，執(zhí)行不同功能的計(jì)算機(jī)連接起來，按照信息共享，分散控制，集中管理，總體配置，各司其職的原則，構(gòu)成的高性能，高可靠性的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)安全，可靠，便于維護(hù)、擴(kuò)展。是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，它兼有以上幾種系統(tǒng)的功能。5、現(xiàn)

12、場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）是實(shí)現(xiàn)將自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制裝置與現(xiàn)場(chǎng)智能儀表互連的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線是連接工業(yè)工程現(xiàn)場(chǎng)儀表和控制系統(tǒng)之間的全數(shù)字化、雙向、多站點(diǎn)的串行通信網(wǎng)絡(luò)，與控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)儀表聯(lián)用組成現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線不單單是一種通信技術(shù)，也不僅僅是用數(shù)字儀表代替模擬儀表，它是用新一代的現(xiàn)場(chǎng)FCS代替?zhèn)鹘y(tǒng)的分散型控制系統(tǒng)DCS，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成。三、工業(yè)控制機(jī) 1、工業(yè)控制機(jī)的特點(diǎn)（1）安全可靠工業(yè)控制計(jì)算機(jī)不同于一般用于科學(xué)計(jì)算或管理的計(jì)算機(jī)，它的工作環(huán)境比較惡劣，周圍的各種干擾隨時(shí)地威脅著它的正常運(yùn)行，而且它所擔(dān)當(dāng)?shù)目刂浦厝斡植辉试S

13、它發(fā)生異?，F(xiàn)象。因此在設(shè)計(jì)過程中把安全可靠放在首位。（2）作維護(hù)方便操作方便體現(xiàn)在操作簡(jiǎn)單、直觀形象、便于掌握，并不要求操作工要掌握計(jì)算機(jī)知識(shí)才能操作。既要體現(xiàn)操作的先進(jìn)性，又要兼顧原有得操作習(xí)慣。維修方便體現(xiàn)在易于查找故障，易于排除故障。采用標(biāo)準(zhǔn)的功能沒，模板式結(jié)構(gòu)，便于更換故障模板。并在功能模板上安裝狀態(tài)指示燈 和監(jiān)測(cè)點(diǎn)，便于維修人員檢查。另外配制診斷程序用來查找故障。（3）時(shí)性強(qiáng)工業(yè)控制機(jī)的實(shí)時(shí)性表現(xiàn)在對(duì)內(nèi)部和外部事件能及時(shí)的響應(yīng)，并做出響應(yīng)的處理，不丟失信息，不延誤操作。計(jì)算機(jī)處理的事件一般分為兩類，一類是定時(shí)事件，如數(shù)椐的定時(shí)采集、運(yùn)算控制等；另一類是隨機(jī)事件，如事故、報(bào)警等。對(duì)于定

14、時(shí)事件，系統(tǒng)設(shè)置時(shí)鐘保證定時(shí)處理。對(duì)于隨機(jī)事件系統(tǒng)設(shè)置中斷，并根據(jù)故障的輕重緩急，預(yù)先分配中斷級(jí)別，一旦事故發(fā)生保證優(yōu)先處理緊急故障。（4）通用性好工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的通用靈活性體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是硬件模板設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)，配置各種通用的功能模板，以便在擴(kuò)充功能時(shí)只需增加功能摸板就能實(shí)現(xiàn)；二是軟件模塊或控制算法采用標(biāo)準(zhǔn)模塊結(jié)構(gòu)，用戶使用時(shí)不需要二次開發(fā)，只需按要求選擇各功能模塊，靈活地進(jìn)行控制系統(tǒng)組態(tài)。（5）濟(jì)效益高計(jì)算機(jī)控制應(yīng)該帶來高的經(jīng)濟(jì)效益，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮性能價(jià)格比，要有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。經(jīng)濟(jì)效益表現(xiàn)兩個(gè)方面，一是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能價(jià)格比要盡可能高；二是投入產(chǎn)出比要盡可能的低。2、典型工業(yè)控制

15、機(jī)介紹（1）STD總線工業(yè)控制機(jī)STD總線最早是由美國(guó)的Pro-log公司在1978年推出的，是目前國(guó)際上工業(yè)控制領(lǐng)域最流行的標(biāo)準(zhǔn)總線之一，也是我國(guó)優(yōu)先重點(diǎn)發(fā)展的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)微機(jī)總線之一，它的正式標(biāo)準(zhǔn)為IEEE-961標(biāo)準(zhǔn)。按STD總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造的模塊式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，稱為STD總線工業(yè)控制機(jī)。 （2）PC總線工業(yè)控制機(jī)IBM公司的PC總線微機(jī)最初是為了個(gè)人或辦公室使用而設(shè)計(jì)的，它早期主要用于文字處理或一些簡(jiǎn)單的辦公室事務(wù)處理。早期產(chǎn)品基于一塊大底板結(jié)構(gòu)，加上幾個(gè)I/O擴(kuò)充槽。大底板上具有8088處理器，加上一些存儲(chǔ)器，控制邏輯電路等。加入I/O擴(kuò)充槽的目的是為了外接一些打印機(jī)、顯示器、內(nèi)存擴(kuò)充和軟

16、盤驅(qū)動(dòng)器接口卡等。四、實(shí)例說明1、工業(yè)爐控制的典型情況為了保證燃料在爐膛內(nèi)正常燃燒，必須保持燃料和空氣的比值恒定。它可以防止空氣太多時(shí)，過?？諝鈳ё叽罅繜崃?；也可防止當(dāng)空氣太少時(shí)，由于燃料燃燒不完全而產(chǎn)生許多一氧化碳或碳黑。為了保持所需的爐溫，將測(cè)得的爐溫送入計(jì)算機(jī)計(jì)算，進(jìn)而控制燃料和空氣閥門的開度。為了保持爐膛壓力恒定，避免在壓力過低時(shí)從爐墻的縫隙處吸入大量過?？諝?，或在壓力過高時(shí)大量燃料通過縫隙逸出爐外，必須采用壓力控制回路。測(cè)得的爐膛壓力送入計(jì)算機(jī)，進(jìn)而控制煙道出口擋板的開度。為了提高爐子的熱效率，還須對(duì)爐子排出的廢氣進(jìn)行分析，一般是用氧化鋯傳感器測(cè)量煙氣中的微量氧，通過計(jì)算而得出其熱效

17、率，并用以指導(dǎo)燃燒控制。圖：工業(yè)爐的典型控制2、計(jì)算機(jī)用作順序控制的例子這是一個(gè)原料混合和加熱的控制系統(tǒng)，該裝置的任務(wù)是：(1)裝入原料A，使液面達(dá)到貯槽的一半；(2)裝入原料B，使液面進(jìn)一步升到百分之七十五；(3)開始攪拌并加熱到95，在此恒定溫度上維持20min；(4)停止攪拌和加熱，開動(dòng)排料泵抽出混合液，一直到液位低于貯槽的5為止。上述過程由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，按照一定的順序重復(fù)進(jìn)行，完成原料混合和加熱控制。 圖：計(jì)算機(jī)順序控制五、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向1、集散控制系統(tǒng)目前，在過程控制領(lǐng)域，集散控制系統(tǒng)技術(shù)已日趨完善而逐步成為廣泛使用的主流系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)又稱為以微處理器為基礎(chǔ)的分散型信

18、息綜合控制系統(tǒng)。集散控制在其發(fā)展初期以實(shí)現(xiàn)分散控制為主，因而國(guó)外一般沿用分散控制系統(tǒng)的名稱，即DCS（Distributed Control System）。進(jìn)入80年代以后，分散控制系統(tǒng)的技術(shù)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向全系統(tǒng)信息的綜合管理。因考慮其分散控制和綜合管理兩方面特征，故稱為分散型綜合控制系統(tǒng)，一般簡(jiǎn)稱為集散系統(tǒng)。2、可編程序控制器進(jìn)入20世紀(jì)80年代，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展PLC的功能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了邏輯運(yùn)算、順序控制的范圍，高檔的PLC還能如微型計(jì)算機(jī)那樣進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、故障自診斷、PID運(yùn)算、聯(lián)網(wǎng)通信等。因此，把它們統(tǒng)稱為可編程序控制器PC（Programable Controller）。 3、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）是在自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)及制造技術(shù)基礎(chǔ)上，通過計(jì)算機(jī)及其軟件，將制造工廠全部生產(chǎn)環(huán)節(jié)，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)控制、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)過程等所需使用的各種分散的自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)地集成起來，消除自動(dòng)化孤島，實(shí)現(xiàn)多品種、中小批量生產(chǎn)的總體高效益、高柔性的智能制造系統(tǒng)。4、低成本自動(dòng)化近年來，隨著計(jì)算機(jī)向高