计算机控制在工业生产中应用的发展方向(共4页).docx

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1、精选优质文档-倾情为你奉上武汉工业学院题目：综述计算机控制在工业生产中的应用专业：自动化班级：092班姓名：陶田学号：、一、计算机控制系统的发展过程在近10多年里，计算机技术得到了极大的发展和完善；无论是在系统硬件成本，还是在计算速度和存贮容量方面都取得了很大的进步。特别是面向用户的编程语言也大大简化了。同时，由于采用了更多的可靠元件、尖端的设计工艺，增加了容错技术、冗余诊断程序，系统的可靠性也得到较大的提高；传统的过程控制功能与诸如生产计划、调度、优化及操作控制等实时信息处理和决策应用的不断渗透、融合，使通过高级计算机控制实现各种过程高性能目标的手段变得越来越可靠和更为强劲有力；功能价格比也

2、日趋合理。因而，使计算机控制在工业中的应用得到了迅猛的发展，而且正越来越广泛地应用于石油、化工、钢铁、造纸、电力等工业部门，并在提高设备处理能力和生产效率、产品质量；有效利用能源(水、人力、材料等资源)，满足环保、人身安全等严格要求及在日益激烈的国内外市场竞争中，发挥着举足轻重的作用。对工业生产过程进行计算机控制是提高产品质量、降低成本、减少环境污染的必由之路，计算机控制系统已成为生产设备及过程控制等重要的组成部分，它代替人的思维成为工业设备及工艺过程控制、产品质量控制的指挥和监督中心。工业生产过程的计算机控制系统，随着计算机的进步、工业生产工艺过程控制要求的提高和生产管理的完善而不断发展。目

3、前工业计算机控制系统按结构层次基本上划分为：直接数字控制（DDC）系统、监督控制（SCC）系统、集散型控制系统（DCS）、递阶控制系统（HCS）和现场总线控制系统（FCS）等几种，其中DCS是融DDC系统、SCC系统及整个工厂的生产管理为一体的高级控制系统，该系统克服了其他控制系统中存在的“危险集中”问题，具有较高的可靠性和实用性。但是，为了进一步适合现场的需要，DCS也在不断更新换代，近年来，集计算机、通信、控制三种技术为一体的第5代过程控制体系结构，即现场总线控制系统，成为国内外计算机过程控制系统一个重要的发展方向。二、计算机在生产中应用的现状对工业生产过程进行计算机控制是提高产品质量、降

4、低成本、减少环境污染的必由之路，计算机控制系统已成为生产设备及过程控制等重要的组成部分，它代替人的思维成为工业设备及工艺过程控制、产品质量控制的指挥和监督中心。工业生产过程的计算机控制系统，随着计算机的进步、工业生产工艺过程控制要求的提高和生产管理的完善而不断发展。目前工业计算机控制系统按结构层次基本上划分为：直接数字控制（DDC）系统、监督控制（SCC）系统、集散型控制系统（DCS）、递阶控制系统（HCS）和现场总线控制系统（FCS）等几种，其中DCS是融DDC系统、SCC系统及整个工厂的生产管理为一体的高级控制系统，该系统克服了其他控制系统中存在的“危险集中”问题，具有较高的可靠性和实用性

5、。但是，为了进一步适合现场的需要，DCS也在不断更新换代，近年来，集计算机、通信、控制三种技术为一体的第5代过程控制体系结构，即现场总线控制系统，成为国内外计算机过程控制系统一个重要的发展方向。本文对各种工业控制计算机系统的结构层次和特点以及发展方向作一分析研究。当前以单片机为主体的DDC控制仪用量最大，如控制温度、流量，控制风机、水、油泵及炉门升降机构等。这种微机控制仪表的功能已大大超过以摸拟电子元件为基础的测量仪表，而且有了处理工艺参数的功能，但它们需要与中间继电器、交流接触器、晶闸管、电磁阀、比例阀等执行机构形成完善的控制系统。多数DDC控制仪采用PID和模糊控制算法，但自身自调整和在线

6、优化能力仍较弱。最新推出的DDC控制系统均配有通信接口，可方便地进行联机。这类控制系统的主要特点是结构紧凑、轻便灵活、便于维护，有较高的抗干扰能力和控制精度，操作方便。主要问题是受运行速度和内存容量的限制，一般只能按预定工艺参数进行工艺过程控制，难于动态控制热处理工艺过程和产品质量预测，因此还是初级微机控制系统。国产的这类控制仪种类多，但目前仍存在着抗干扰自复位能力较差，可靠性差等问题。三、工业控制机的特点（1）安全可靠工业控制计算机不同于一般用于科学计算或管理的计算机，它的工作环境比较恶劣，周围的各种干扰随时地威胁着它的正常运行，而且它所担当的控制重任又不允许它发生异常现象。因此在设计过程中

7、把安全可靠放在首位。（2）作维护方便操作方便体现在操作简单、直观形象、便于掌握，并不要求操作工要掌握计算机知识才能操作。既要体现操作的先进性，又要兼顾原有得操作习惯。维修方便体现在易于查找故障，易于排除故障。采用标准的功能没，模板式结构，便于更换故障模板。并在功能模板上安装状态指示灯和监测点，便于维修人员检查。另外配制诊断程序用来查找故障。（3）时性强工业控制机的实时性表现在对内部和外部事件能及时的响应，并做出响应的处理，不丢失信息，不延误操作。计算机处理的事件一般分为两类，一类是定时事件，如数椐的定时采集、运算控制等；另一类是随机事件，如事故、报警等。对于定时事件，系统设置时钟保证定时处理。

8、对于随机事件系统设置中断，并根据故障的轻重缓急，预先分配中断级别，一旦事故发生保证优先处理紧急故障。（4）通用性好工业控制计算机的通用灵活性体现在两个方面，一是硬件模板设计采用标准总线结构，配置各种通用的功能模板，以便在扩充功能时只需增加功能摸板就能实现；二是软件模块或控制算法采用标准模块结构，用户使用时不需要二次开发，只需按要求选择各功能模块，灵活地进行控制系统组态。（5）济效益高计算机控制应该带来高的经济效益，系统设计时要考虑性能价格比，要有市场竞争意识。经济效益表现两个方面，一是系统设计的性能价格比要尽可能高；二是投入产出比要尽可能的低。四、计算机典型应用方式计算机控制系统所采用的形式与

9、它所控制的生产过程的复杂程度密切相关，不同的被控对象和不同的要求，应有不同的控制方案。计算机控制系统大致可分为以下几种典型的形式。它们是：操作指导控制系统；直接数字控制系统（DDC），DDC系统属于计算机闭环控制系统，是计算机工业生产过程中最普遍的一种应用方式；监督控制系统（SCC）；分散控制系统（DCS）和现场总线控制系统。1、操作指导控制系统操作指导控制系统机构简单，控制灵活安全，但由于要人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。2、直接数字控制系统（DDC）DDC系统是面向生产过程的底层应用功能。计算机通过自动化仪表、输入通道、输出通道，采集现场参数，经过处理和按一定控制规律的控制算法运

10、算后，向生产过程输出控制信号，直接参与对过程参DAS系统的监视功能。控制方案由软件实现，修改灵活、方便，除能实现PID控制规律外，还能实现多回路的串级控制、前馈控制、纯滞后补偿控制、多变量解耦控制及自适应、自学习、最优控制和智能控制等复杂控制规律的控制。DDC系统一个是闭环控制系统。3、监督控制系统（SCC）SCC系统是一个分机的控制系统。上级的监督计算机从生产过程采集反映工况的参数，进行寻优计算，计算出当时工况下的最佳给定值，提供给下级执行DDC控制的计算机实现对过程的控制。可实现生产过程的最优控制，使控制的目标值达到最佳。SCC可以提高系统的可靠性，当上位机出现故障时，DDC计算机可以独立

11、完成控制操作；当DDC计算机出现故障时监督控制计算机可以取而代之，执行控制任务。SCC是闭环控制系统。4、分散控制系统（DCS）DCS是将计算机技术、控制技术、通信技术和显示技术（即所谓“四C”技术）结合起来的新型计算机控制系统。它通过数据高速公路（或计算机网络）将分散在不同地方，执行不同功能的计算机连接起来，按照信息共享，分散控制，集中管理，总体配置，各司其职的原则，构成的高性能，高可靠性的计算机控制系统。DCS系统安全，可靠，便于维护、扩展。是一个闭环控制系统，它兼有以上几种系统的功能。5、现场总线控制系统（FCS）现场总线控制系统（FCS）是实现将自动化系统现场控制装置与现场智能仪表互连

12、的实时网络控制系统。现场总线是连接工业工程现场仪表和控制系统之间的全数字化、双向、多站点的串行通信网络，与控制系统和现场仪表联用组成现场总线控制系统。现场总线不单单是一种通信技术，也不仅仅是用数字仪表代替模拟仪表，它是用新一代的现场FCS代替传统的分散型控制系统DCS，实现现场总线通信网络与控制系统的集成。五、计算机控制系统的发展方向1、集散控制系统目前，在过程控制领域，集散控制系统技术已日趋完善而逐步成为广泛使用的主流系统。集散控制系统又称为以微处理器为基础的分散型信息综合控制系统。集散控制在其发展初期以实现分散控制为主，因而国外一般沿用分散控制系统的名称，即DCS（DistributedC

13、ontrolSystem）。进入80年代以后，分散控制系统的技术重点转向全系统信息的综合管理。因考虑其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，一般简称为集散系统。2、可编程序控制器进入20世纪80年代，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展PLC的功能已经远远超出了逻辑运算、顺序控制的范围，高档的PLC还能如微型计算机那样进行数学计算、数据处理、故障自诊断、PID运算、联网通信等。因此，把它们统称为可编程序控制器PC（ProgramableController）。3、计算机集成制造系统计算机集成制造系统CIMS（ComputerIntegratedManufacturingSys

14、tem）是在自动化技术、信息技术及制造技术基础上，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地集成起来，消除自动化孤岛，实现多品种、中小批量生产的总体高效益、高柔性的智能制造系统。4、低成本自动化近年来，随着计算机向高速度、大容量发展，各种功能完善、价格昂贵的计算机综合自动化系统日趋完善。与此同时，国际上的科技发展动态又向着低成本自动化LCA（LowCostAutomation）的方向发展。国际自动控制联合委员会（简称自控联IFAC）已把LCA定为系列学术会议之一，第五届LCA国际会议于1997年在中国召

15、开。5、智能控制系统智能控制还没有统一的定义，一般认为，智能控制是驱动智能机器自主地实现其目标的自动控制。或者说，智能控制是一类无需人的干预就能独立驱动智能机器实现其目标的自动控制。对自主机器人的控制就是一例。所谓智能控制系统就是驱动自主智能机器以实现其目标而无需操作人员干预的自动控制系统。这类系统必须具有智能调节和执行等能力。智能控制的理论基础是人工智能、控制论、运筹学和系统学等学科。六、总结计算机控制技术是一门以电子技术、自动控制技术、计算机应用技术为基础，以计算机控制技术为核心，综合可编程控制技术、单片机技术、计算机网络技术，从而实现生产技术的精密化、生产设备的信息化、生产过程的自动化及

16、机电控制系统的最佳化的专门学科。目前，企业对具备较强的计算机控制技术应用能力专门人才需求很大，将来一定有很大的发展前景。参考文献1BensonnnR.ProcessControltheFuture.ComputingandControlEngineeringJournal,1997,8(4):1611662张宇河,金钰编著.计算机控制系统.北京理工大学出版社,19963LewisR.DesignofDistributedControlSystemsintheNextMillennium.ComputingandControlEngineeringJournal,1997,8(4):1481524王锦标.现场总线控制系统.微计算机信息，1996,12(6):8165张颖等.现场总线与工业企业网.微计算机信息,1998,14(4):466HoskeMT.ApplyingFieldbusTechnology.ControlEngineering,1998,45(6):53专心-专注-专业