计算机控制系统的发展

2015-3-21 21:01| 编辑:电工学习网| 查看: 8837| 评论: 0

　　1. 计算机控制系统的发展过程
　　计算机控制技术是自动控制理论与计算机技术相结合的产物，因此，计算机控制系统的发展是与自动控制理论与计算机的发展密不可分的。自从1972年出现了微型计算机，尤其是以单片机为代表的嵌入式控制器的出现以后，计算机控制技术进入了崭新的发展阶段。现代一些工业的特点是高度连续化、大型化，装置与装置、设备与设备之间的联系日趋密切。过去，由于计算机比较昂贵，一台计算机要完成很多任务，因而多采用集中式的控制结构。现在由于计算机比较便宜，并考虑对现代化工业企业进行综合管理和最优控制，已开始采用分散型微处理器控制的分级计算机控制和集散控制系统，集成制造系统（CIMS）技术也已从研制、试用的阶段逐步走向成熟，已被成功地应用到某些场所。随着嵌入式应用技术的进一步发展和信息网络技术的兴起，基于网络的控制技术（简称网络控制）已逐渐为人们关注和接受，并在控制领域掀起了研究和应用的热潮，现已被应用到航天航空、远程遥控机器人等领域。
　　2. 计算机控制系统的发展趋势
　　目前，计算机控制系统有如下几个发展趋势。
　　⑴ 可编程序控制器（Programmable Logic Controller）
　　在制造业的自动化生产线上，各道工序都是按规定的时间和条件顺序执行的，对这种自动化生产线进行控制的装置称为顺序控制器。以往顺序控制器主要是由继电器组成，改变生产工序、执行次序和条件需改变硬件连线。随着大规模集成电路和微处理器在顺序控制器中的应用，顺序控制器开始采用类似微型计算机的通用结构，把程序存储在存储器中，用软件实现开关量的逻辑运算、延时等过去用继电器完成的功能，形成了可编程逻辑控制器plc。工业用可编程序逻辑控制器，是采用微型机芯片，根据工业生产的特点而发展起来的一种控制器，它具有可靠性高、编程灵活简单、易于扩展和价格低廉等许多优点。尤其是近年来，由于开发了具有智能的I/O模块，使得PLC除了具有逻辑运算、逻辑判断等功能外，还具有数据处理、故障自诊断、PID运算及联网等功能，从而大大地扩大了PLC的应用范围。可以预料，进一步完善和系列化的PLC将作为下一代通用设备，大量地应用在工业生产自动化系统中。
　　(2) 嵌入式系统（Emdedded System）
　　嵌入式系统以计算机技术为基础，是计算机技术、通信技术、半导体技术、微电子技术、语音图象数据传输技术，甚至传感器等先进技术与具体应用对象相结合后的产物。嵌入式系统嵌入的本质是将一个微型计算机嵌入到一个具体应用对象体系中去。作为控制技术应用的载体，嵌入式系统的发展必将极大地推动着计算机控制技术在各个领域的应用。
　　(3) 集散控制系统(Distributed Control System)
　　目前，在过程控制领域，集散控制系统技术已日趋完善而逐渐成为被广泛使用的主流系统。集散控制系统发展初期是以实现分散控制为主，而进入80年代以后，集散控制系统的技术重点转向全系统信息的综合管理，因其具有分散控制和综合管理两方面特征，故称为分散型综合控制系统，简称为集散控制系统。集散控制系统的体系特征是功能分层，它充分反映了集散控制系统的分散控制、集中管理的特点。按照功能分层的方法，集散控制系统可以分为现场控制级、过程装置控制级、车间操作管理级、全厂优化和调度管理级等。信息一方面自下向上逐渐集中，同时，它又自上而下逐渐分散。从系统结构分析，集散控制系统都由三大基本部分组成。集散控制系统中用一台或若干台计算机对全系统进行全面信息管理，这样便于实现生产过程的全局优化。
　　(4)现场总线控制系统（Field-bus Control System）
　　现场总线控制是工业设备自动化控制的一种计算机局域网络。它是依靠具有检测、控制、通信能力的微处理芯片，数字化仪表（设备）在现场实现彻底分散控制，并以这些现场分散的测量，控制设备单个点作为网络节点，将这些点以总线形式连接起来，形成一个现场总线控制系统。是属于最底层的网络系统，是网络集成式全分布控制系统，它将原来集散型的dcs系统现场控制机的功能，全部分散在各个网络节点处。为此，可以将原来封闭、专用的系统变成开放、标准的系统。使得不同制造商的产品可以互连，是DCS系统的更新换代，大大简化系统结构，降低成本，更好满足了实事性要求，提高了系统运行的可靠性。现场总线控制系统主要不足之处是各种现场总线尽管都是开放协议，遵循同一种协议及不同厂家的产品可以兼容，但是，各种协议并没有统一，不同总线协议的系统不易互连。而且，现场总线通讯协议与上层管理信息系统或进一步的Internet所广泛采用的TCP/IP协议是不兼容的，也存在协议转换问题。这些增加了控制和管理信息一体化网络的实现难度。多种现场总线的共存对应于计算机网络发展中多种局域网协议共存的时期。
　　(5) 计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacture System)
　　计算机集成制造系统CIMS是在自动化技术，信息技术及制造技术的基础上，通过计算机及其软件，将制造工厂全部生产环节，包括产品设计、生产规划、生产控制、生产设备、生产过程等所需使用的各种分散的自动化系统有机的集成起来，消除“自动化孤岛”，实现多品种、中小批量生产的总体高效率、高柔性的智能制造系统。1986年我国不失时机地将CIMS列入了国家高技术发展规划，其战略目标是跟踪国际上CIMS高技术的发展，掌握CIMS关键技术，建立既能获得综合效益又能带动全局的示范点。
　　（6）网络控制系统（Internet Based Control System）
　　网络控制系统是以网络为媒介对被控对象实施远程遥控制、遥操作的一种新兴的计算机控制系统。网络控制技术的发展与网络技术、计算机应用技术、嵌入式应用技术和控制理论与应用技术的发展息息相关。网络控制已经引起了各个方面的广泛的关注。其实，在航天领域，各种卫星、各类航天探测器、月球探测车、火星探测车等，在某种意义上讲，都可以被看作是网络控制应用方面的成功的典范，因为在这样的场合下的控制问题，也具备网络控制的特点，如数据传输的非定常性、非完整性、时延的非确定性等。制造者和投资商已经认识到网络控制的重要性。常规的应用领域中，在一些特殊的场合及人类不易于到达的场所，网络控制也显示出强大的优势，如用于医疗领域的远程病理诊断、专家会诊、远程手术，恶劣、危险环境下的作业，如强核辐射下、深海作业、小空间范围内的作业等等。网络控制系统有着十分美好的发展前景。

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