計算機控制系統(tǒng)讀書報告

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一、計算機控制系統(tǒng)概述

計算機控制系統(tǒng)(ComputerControlSystem，簡稱CCS)是應用計算機參加控制并借助一些輔助部件與被控對象相聯(lián)系，以獲得一定控制目的而構成的系統(tǒng)。這里的計算機通常指數(shù)字計算機，可以有各種規(guī)模，如從微型到大型的通用或?qū)Ｓ糜嬎銠C。輔助部件主要指輸入輸出接口、檢測裝置和執(zhí)行裝置等。與被控對象的聯(lián)系和部件間的聯(lián)系，可以是有線方式，如通過電纜的模擬信號或數(shù)字信號舉行聯(lián)系；也可以是無線方式，如用紅外線、微波、無線電波、光波等舉行聯(lián)系。

計算機控制系統(tǒng)的被控對象的范圍很廣，包括各行各業(yè)的生產(chǎn)過程、機械裝置、交通工具、機器人、試驗裝置、儀器儀表、家庭生活設施、家用電器和兒童玩具等?？刂颇康目梢允鞘贡豢貙ο蟮臓顟B(tài)或運動過程達到某種要求，也可以是達到某種最優(yōu)化目標。

與普通控制系統(tǒng)相同，計算機控制系統(tǒng)可以是閉環(huán)的，這時計算機要不斷采集被控對象的各種狀態(tài)信息，根據(jù)一定的控制策略處理后，輸出控制信息直接影響被控對象。它也可以是開環(huán)的，這有兩種方式：一種是計算機只按時光挨次或某種給定的規(guī)章影響被控對象；另一種是計算機未來自被控對象的信息處理后，只向操作人員提供操作指導信息，然后由人工去影響被控對象。

計算機控制系統(tǒng)由控制部分和被控對象組成，其控制部分包括硬件部分和軟件部分，這不同于模擬控制器構成的系統(tǒng)只由硬件組成。計算機控制系統(tǒng)軟件包括系統(tǒng)軟件和應用軟件。系統(tǒng)軟件普通包括操作系統(tǒng)、語言處理程序和服務性程序等，它們通常由計算機創(chuàng)造廠為用戶配套，有一定的通用性。應用軟件是為實現(xiàn)特定控制目的而編制的專用程序，如數(shù)據(jù)采集程序、控制決策程序、輸出處理程序和報警處理程序等。它們涉及被控對象的自身特征和控制策略等，由實施控制系統(tǒng)的專業(yè)人員自行編制。

計算機控制系統(tǒng)通常具有精度高、速度快、存儲容量大和有規(guī)律推斷功能等特點，因此可以實現(xiàn)高級復雜的控制辦法，獲得迅速精密的控制效果。計算機技術的進展已使囫圇人類社會發(fā)生了可觀的變化，自然也應用到工業(yè)生產(chǎn)和企業(yè)管

理中。而且，計算機所具有的信息處理能力，能夠進一步把過程控制和生產(chǎn)管理有機的結合起來（如CIMS），從而實現(xiàn)工廠、企業(yè)的全面自動化管理。

二、計算機控制系統(tǒng)工作原理

計算機控制系統(tǒng)包括硬件組成和軟件組成。在計算機控制系統(tǒng)中，需有特地的數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換設備和模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換設備。因為過程控制普通都是實時控制，有時對計算機速度的要求不高，但要求牢靠性高、響應準時。計算機控制系統(tǒng)的工作原理可歸納為以下三個過程：

（a）實時數(shù)據(jù)采集

對來自測量變送裝置的被控量的瞬時值舉行實時檢測與輸入；

(b)實時控制決策

對采集到的表征被控參數(shù)的狀態(tài)量舉行分析，并按已定的控制邏輯，打算下一步的控制過程。

(c)實時控制輸出

按照控制決策，適時地對執(zhí)行機構發(fā)出控制信號,完成控制任務。

這三個過程不斷重復，使囫圇系統(tǒng)根據(jù)一定的品質(zhì)指標舉行工作，并對被控量和設備本身的異樣現(xiàn)象準時做出處理。

三、計算機控制系統(tǒng)的組成

計算機控制系統(tǒng)就是利用計算機（通常稱為工業(yè)控制計算機）來實現(xiàn)工業(yè)過程自動控制的系統(tǒng)。在計算機控制系統(tǒng)中，因為工業(yè)控制機的輸入和輸出是數(shù)字信號，而現(xiàn)場采集到得信號或送到執(zhí)行機構的信號大多是模擬信號，因此與常規(guī)的按偏差控制的閉環(huán)負反饋系統(tǒng)相比，計算機控制系統(tǒng)需要有數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器這兩個環(huán)節(jié)。

計算機把通過測量元件、變送單元和模數(shù)轉(zhuǎn)換器送來的數(shù)字信號，直接反饋到輸入端與設定值舉行比較，然后按照要求按偏差舉行運算，所得到數(shù)字量輸出信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器送到執(zhí)行機構，對被控對象舉行控制，使被控變量穩(wěn)定在設定值上。這種系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。

計算機控制系統(tǒng)由工業(yè)控制機和生產(chǎn)過程兩大部分組成。工業(yè)控制機硬件指計算機本身及外圍設備。硬件包括計算機、過程輸入輸出接口、人機接口、外部

存儲器等。軟件系統(tǒng)是能完成各種功能計算機程序的總和，通常包括系統(tǒng)軟件跟應用軟件。詳細如下：

(a)硬件組成

微型計算機控制系統(tǒng)的硬件普通是由微型計算機、外部設備、輸入輸出通道和操作臺等組成。

(b)軟件組成：

系統(tǒng)軟件：操作系統(tǒng)、編程語言等；

應用軟件：過程輸入輸出模塊(A/D、D/A等)；

過程控制模塊(控制算法)；

輔助模塊(人機接口、打印顯示等)

四、計算機控制系統(tǒng)及其工業(yè)控制機的特點

4.1計算機控制系統(tǒng)的特點

（a）結構上。計算機控制系統(tǒng)中除測量裝置、執(zhí)行機構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)字計算機，所以計算機控制系統(tǒng)是模擬和數(shù)字部件的混合系統(tǒng)。

（b）計算機控制系統(tǒng)中除仍有延續(xù)模擬信號之外，還有離散模擬、離散數(shù)字等多種信號形式。

（c）因為計算機控制系統(tǒng)中了包含延續(xù)信號外，還包含有數(shù)字信號，從而使計算機控制系統(tǒng)與延續(xù)控制系統(tǒng)在本質(zhì)上有許多不同，需采納特地的理論來分

析和設計。

（d）計算機控制系統(tǒng)中，修改一個控制邏輯，只需修改軟件，便于實現(xiàn)復雜的控制邏輯和對控制計劃舉行在線修改，使系統(tǒng)具有很大靈便性和適應性。

（e）計算機控制系統(tǒng)中，因為計算機具有高速的運算能力，一個控制器（控制計算機）常?？梢圆杉{分時控制的方式而同時控制多個回路。

（f）采納計算機控制，如分級計算機控制、離散控制系統(tǒng)、微機網(wǎng)絡等，便于實現(xiàn)控制與管理一體化，使工業(yè)企業(yè)的自動化程度進一步提高。

4.2工業(yè)控制機的特點

（a）平安牢靠

工業(yè)控制計算機不同于普通用于科學計算或管理的計算機，它的工作環(huán)境比較惡劣，周圍的各種干擾隨時地威逼著它的正常運行，而且它所承擔的控制重任又不允許它發(fā)生異樣現(xiàn)象。因此在設計過程中把平安牢靠放在首位。

（b）作維護便利

操作便利體現(xiàn)在操作容易、直觀形象、便于把握，并不要求操作工要把握計算機學問才干操作。既要體現(xiàn)操作的先進性，又要兼顧原有得操作習慣。修理便利體現(xiàn)在易于查找故障，易于排解故障。采納標準的功能沒，模板式結構，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)測點，便于修理人員檢查。另外配制診斷程序用來查找故障。

（c）實時性好

工業(yè)控制機的實時性表現(xiàn)在對內(nèi)部和外部大事能準時的響應，并做出響應的處理，不走失信息，不延誤操作。計算機處理的大事普通分為兩類，一類是定時大事，如數(shù)椐的定時采集、運算控制等；另一類是隨機大事，如事故、報警等。對于定時大事，系統(tǒng)設置時鐘保證定時處理。對于隨機大事系統(tǒng)設置中斷，并按照故障的輕重緩急，預先分配中斷級別，一旦事故發(fā)生保證優(yōu)先處理緊張故障。（d）通用性好

工業(yè)控制計算機的通用靈便性體現(xiàn)在兩個方面，一是硬件模板設計采納標準總線結構，配置各種通用的功能模板，以便在擴充功能時只需增強功能摸板就能實現(xiàn)；二是軟件模塊或控制算法采納標準模塊結構，用戶使用時不需要二次開發(fā)，只需按要求挑選各功能模塊，靈便地舉行控制系統(tǒng)組態(tài)。

（e）濟效益高

計算機控制應當帶來高的經(jīng)濟效益，系統(tǒng)設計時要考慮性能價格比，要有市場競爭意識。經(jīng)濟效益表現(xiàn)兩個方面，一是系統(tǒng)設計的性能價格比要盡可能高；二是投入產(chǎn)出比要盡可能的低。

五、計算機控制系統(tǒng)的應用

5.1直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）

直接數(shù)字控制(DirectDigitControl)，簡稱為DDC系統(tǒng)，是用一臺計算機對被控參數(shù)舉行檢測，再按照設定值和控制算法舉行運算，然后輸出到執(zhí)行機構對生產(chǎn)舉行控制，使被控參數(shù)穩(wěn)定在給定值上。利用計算機的分時處理功能直接對多個控制回路實現(xiàn)多種形式控制的多功能數(shù)字控制系統(tǒng)。在這類系統(tǒng)中，計算機的輸出直接作用于控制對象，故稱直接數(shù)字控制，英文縮寫DDC。

直接數(shù)字控制系統(tǒng)是一種閉環(huán)控制系統(tǒng)。由一臺計算機通過多點巡回檢測裝置對過程參數(shù)舉行采樣，并將采樣值與存于存儲器中的設定值舉行比較，再按照兩者的差值和相應于指定控制邏輯的控制算法舉行分析和計算，以形成所要求的控制信息,然后將其傳送給執(zhí)行機構,用分時處理方式完成對多個單回路的各種控制（如比例積分微分、前饋、非線性、適應等控制）。直接數(shù)字控制系統(tǒng)具有在線實時控制、分時方式控制和靈便性、多功能性三個特點。

DDC系統(tǒng)中的計算機完成閉環(huán)控制，它不僅能徹低取代模擬調(diào)整器，實現(xiàn)多回路的PID(比例—積分—微分)調(diào)整，而且不需轉(zhuǎn)變硬件，只通過轉(zhuǎn)變程序就能實現(xiàn)各種較復雜的控制，如前饋控制、非線性控制、自適應控制、最憂控制、含糊控制等。

DDC系統(tǒng)是計算機用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制的最典型的一種系統(tǒng)。它已廣泛應用于材料熱加工、化工、機械、冶金等部門。

5.2分布式控制系統(tǒng)（DCS）

DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（DistributedControlSystem），在國內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。是相對于集中式控制系統(tǒng)而言的一種新型計算機控制系統(tǒng)，它是在集中式控制系統(tǒng)的基礎上進展、演化而來的。

它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡為紐帶的多級計算

機系統(tǒng)，綜合了計算機，通信、顯示和控制等4C技術，其基本思想是簇擁控制、集中操作、分級管理、配置靈便以及組態(tài)便利。

在特別控制領域，如核電站控制系統(tǒng)，DCS的含義被誤叫做數(shù)字化控制系統(tǒng)（Digitalcontrolsystem），其實質(zhì)仍為分布式操作系統(tǒng)。

DCS特點如下：

（a）高牢靠性

因為DCS將系統(tǒng)控制功能簇擁在各臺計算機上實現(xiàn)，系統(tǒng)結構采納容錯設計，因此某一臺計算機浮現(xiàn)的故障不會導致系統(tǒng)其它功能的喪失。此外，因為系統(tǒng)中各臺計算機所擔當?shù)娜蝿毡容^單一，可以針對需要實現(xiàn)的功能采納具有特定結構和軟件的專用計算機，從而使系統(tǒng)中每臺計算機的牢靠性也得到提高。

（b）開放性

DCS采納開放式、標準化、模塊化和系列化設計，系統(tǒng)中各臺計算機采納局域網(wǎng)方式通信，實現(xiàn)信息傳輸，當需要轉(zhuǎn)變或擴充系統(tǒng)功能時，可將新增計算機便利地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡或從網(wǎng)絡中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計算機的工作。

（c）靈便性

通過組態(tài)軟件按照不同的流程應用對象舉行軟硬件組態(tài)，即確定測量與控制信號及互相間銜接關系、從控制算法庫挑選適用的控制邏輯以及從圖形庫調(diào)用基本圖形組成所需的各種監(jiān)控和報警畫面，從而便利地構成所需的控制系統(tǒng)。

（d）易于維護

功能單一的小型或微型專用計算機，具有維護容易、便利的特點，當某一局部或某個計算機浮現(xiàn)故障時，可以在不影響囫圇系統(tǒng)運行的狀況下在線更換，快速排解故障。

（e）協(xié)調(diào)性

各工作站之間通過通信網(wǎng)絡傳送各種數(shù)據(jù)，囫圇系統(tǒng)信息分享，協(xié)調(diào)工作，以完成控制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化處理。

主要應用有：簇擁控制系統(tǒng)、流程工藝CIMS等。

5.3現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，也就是FCS，是新一代分布式控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)改進了

DCS系統(tǒng)成本高，各廠商的產(chǎn)品通信標準不統(tǒng)一而造成不能互聯(lián)的弱點。

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)具有較高的性能價格比。系統(tǒng)綜合成本及一次性安裝費用削減40%。因為導線、銜接附件的大幅度的削減。使本來的幾百根，甚至幾千根控制電纜削減到一根總線電纜，從而也使接線端子、電纜橋架等附件大幅度的削減。所以設計、安裝、調(diào)試、維護的費用大幅度地削減，維護和改造的停工時光削減60%。本來繁瑣的原理圖、布線圖設計變得容易易行；標準接插件迅速、簡便的安裝，使人力、物力大量的削減；強大的故障診斷能力，使系統(tǒng)的調(diào)試和維護工作量大幅削減。

現(xiàn)場總線技術自推廣以來，已經(jīng)在世界范圍內(nèi)應用于工業(yè)控制的各個領域?，F(xiàn)場總線的技術推廣有了三、四年的時光，已經(jīng)或正在應用于冶金、汽車創(chuàng)造、煙草機械、環(huán)境庇護、石油化工、電力能源、紡織機械等各個行業(yè)。應用的總線協(xié)議主要包括PROFIBUS、DeviceNet、Foundation、Fieldbus、Interbus_S等。在汽車行業(yè)，現(xiàn)場總線控制技術應用的十分普遍，近兩年國內(nèi)新的汽車生產(chǎn)線和舊的生產(chǎn)線的改造，大部分都采納了現(xiàn)場總線的控制技術。國外設計的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)已應用很廣泛，從單機設備到囫圇生產(chǎn)線的輸送系統(tǒng)，所有采納現(xiàn)場總線的控制辦法。而國內(nèi)的應用仍大多集中生產(chǎn)線的輸送系統(tǒng)、隨著技術的不斷進展和觀念的更新必定會逐步擴展其應用領域。

5.4可編程控制器系統(tǒng)（PLC）

PLC系統(tǒng)(ProgrammableLogicController)，可編程規(guī)律控制器，一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采納一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行規(guī)律運算，挨次控制，定時，計數(shù)與算術操作等面對用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。是工業(yè)控制的核心部分。

PLC的特點是：

1、能夠設置不同類型產(chǎn)品的工位數(shù)量及位置參數(shù)，并能夠在線監(jiān)控運行過程；

PLC控制圖片

2、設備操作靈便便利，能夠?qū)崿F(xiàn)啟動與暫停，自動與手動模式切換,計數(shù)與清零,氣缸下壓時光調(diào)節(jié)等；

3、螺絲的自動排放，送料，固定，由機器一次性自動完成，不需人工輔助；

4、高速的生產(chǎn)節(jié)拍，可實現(xiàn)單工位速度不低于1-1.5秒/件。定位精度高，位置誤差不大于0.02毫米。

目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械創(chuàng)造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化消遣等各個行業(yè)。

六、計算機控制系統(tǒng)的將來進展趨勢

按照目前計算機控制技術的進展狀況，展望將來，前景迷人。要進展計算機控制技術，必需對生產(chǎn)過程學問、檢測與測量技術、計算機技術和控制理論等領域舉行廣泛深化地討論。

1.推廣應用成熟的先進技術

(1)普及應用可編程序控制器(PLC)

近年來，因為開發(fā)了具有智能I／O模塊的PLC，它可以將挨次控制和過程控制結合起來，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制，并具有高牢靠性。

PLC與傳統(tǒng)的繼電器控制相比，具有如下一些特點：

抗干擾能力強；

適應性好；

編程直觀、容易；

功能完美，接口功能強。

(2)廣泛使用智能調(diào)整器

智能調(diào)整器是一種數(shù)字化的過程控制儀表，也稱可編程調(diào)整器。其形狀類似于普通的盤裝儀表，而其內(nèi)部是由微處理器CPU、存儲器RAM、ROM、模擬量和數(shù)字量I/0通道、電源等部分組成的一個微型計算機系統(tǒng)。

智能調(diào)整器可以接受和輸出4~20mA模擬量信號和開關量信號，同時還具有RS－232或RS-485等串行通信接口。普通有單回路、2回路、或4回路的調(diào)整器，控制方式除普通的單回路PID之外，還