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計算機控制系統進展
計算機控制系統進展
摘要:本文簡要介紹了計算機控制系統(CCS)硬件以及軟件方面的發展歷史、現狀和發展趨勢。
關鍵詞:計算機控制系統;現狀;發展趨勢
1引言
計算機控制系統(Computer Control System，簡稱CCS)是應用計算機參與控制并借助一些輔助部件與被控對象相聯系，以獲得一定控制目的而構成的系統。
在CCS問世之前，工業生產中的動態系統的控制和調節是由自動控制中常規控制設備完成的，但在CCS中，動態系統的控制和調節是由數字計算機完成。
由于數字計算機具有傳送、采集、存貯、處理大量數據的能力，同時它集最新的計算機技術、網絡通信技術和控制技術于一身，從而使自動控制系統有了質的飛躍。
目前，CCS在現代化工業控制系統中扮演者越來越重要的角色。
2 CCS的發展歷史及現狀
計算機控制系統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，下面對CCS的硬件部分和軟件部分的發展歷史和現狀簡要介紹一下。
2.1 CCS的的硬件類型和現狀[1-2]
(1)60年代末，由于生產控制自動化的需要，出現了集中控制系統。
在集中控制系統中，計算機開始發揮它的控制功能，它能夠計直接根據給定值、過程變量和過程中其它的測量值,通過PID運算,實現對執行機構的控制,以使被控量達到理想的工作狀態，這種控制系統即常說的直接數字控制(DDC)系統[3]。
DDC控制系統具有以下三個方面的優點：(1)能夠行使更復雜的控制功能;(2)控制功能的靈活性大大提高;(3)具有豐富的顯示和數據處理功能。
但是這種系統也有一個非常大的缺點，那就是由于系統是由一臺計算機控制，一旦出現故障，整個系統就會停止運行，造成十分嚴重的后果。
它的這個缺點也限制了其進一步的推廣應用。
(2)70年代，大規模集成電路開始廣泛應用，這為集散控制系統的出現奠定了基礎。
在1975年，美國Honeywell公司首先推出了以微處理器為基礎的TDC-2000型總體分散型控制系統,也叫做集散控制(DCS)系統。
DCS是以微處理器為基礎的對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制的集中分散控制系統。
DCS的出現在控制系統的變革中具有里程碑式的意義，它具有以下優點：(1)系統構成靈活;(2)操作管理便捷;(3)控制功能豐富;(4)信息資源共享;(5)安裝、調試方便;(6)安全可靠性高。
正是因為DCS具有上述的優點，所以在工業自動化生產中得到了廣泛的應用。
(3)隨著微處理器的發展,20世紀80年代出現了品種繁多的高智能化的單/多回路調節器，SCC系統是四川儀表十八廠消化吸收國外技術的基礎上開發的小型分散系統,并于1991年投入使用,該系統價格低廉,但在通訊距離和實時性方面有待改善。
以單/多回路調節器為基礎的計算機監督控制系統具有高可靠性,即使計算機發生故障,各個回路調節器仍然可不受影響而獨立工作,不會影響生產。
(4)在20世紀90年代，隨著現場總線技術與智能儀表管控一體化(儀表調校、控制組態、診斷、報警、記錄)的發展，這種開放型的工廠底層控制網絡構造了新一代的網絡集成式全分布計算機控制系統，即現場總線控制系統(FCS)。
FCS具有以下技術特點：1.系統的開放性;2.互可操作性與可用性;3.現場設備的智能化與功能自治性;4.系統結構的高度分散性;5.對現場環境的適應性。
現場總線系統采用現場總線作為系統的底層控制網絡，溝通生產過程中現場儀表、控制設備以及更高控制管理層次之間的聯系，相互之間可以直接進行數字通信。
作為新一代的控制系統，一方面FCS突破了DCS采用專用通信網絡的局限，采用了給予開放式、標準化的通信技術;另一方面FCS進一步變革了DCS的系統結構，形成了全分布式的系統構架，把控制功能徹底下放到現場。
FCS被稱為21世紀的工業控制網絡標準。
2.2 CCS的的軟件類型和現狀[4-6]
計算機控制系統軟件包括系統軟件和應用軟件。
系統軟件一般包括操作系統、語言處理程序和服務性程序等，它們通常由計算機制造廠為用戶配套，有一定的通用性。
應用軟件是為實現特定控制目的而編制的專用程序，如數據采集程序、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，由實施控制系統的專業人員自行編制。
下面重點介紹一下應用軟件。
(1)基于PC總線的控制系統應用軟件
這是一類在工業生產中運用較早的控制系統應用軟件，其相應的軟件分為通用的開發軟件和專用的工控組態軟件。
通用的開發軟件工具數量較多，包括:BORLAND、C++,M C++,VB和DELPH I等,用于W INDOW S平臺。
而專用的工控組態軟件數量卻不多，主要是因為開發這樣的軟件投資較大。
(2)基于各種PLC控制系統的應用軟件
這類控制系統應用軟件具有卓越的性價比，因此在工業控制中得到廣泛應用。
在使用該系統時需要兩套相應的軟件：上位機軟件和下位機軟件。
上位機軟件種類很多,如INTELLUTION FIX、INTOUCH等,這些軟件可以在多種不同的PLC產品中應用。
下位機軟件一般與PLC硬件對應,不同的PLC有不同的下位機軟件。
通常使用一種叫梯形圖的控制軟件。
(3)DCS控制系統組態軟件[7]
目前，市場上應用的DCS控制系統組態軟件主要是由Honeywel公司和英國歐陸生產。
這類軟件具有強大的組態功能,如SFC,FBD和梯形圖軟件。
最重要是,其均有1個上下位機統一的數據表,因此可根據不同的控制要求,采用最合適的組態編程方式,而變量可在不同的組態編程環境中直接引用,使用起來非常方便。
3.CCS的發展趨勢
進入21世紀，由于計算機硬件和軟件技術的迅猛發展，CCS也出現了新的發展方向，其主要表現在以下兩個方面：
(1)控制系統向網絡化發展
現場級網絡技術成功的將所有的網絡接口移到了各種儀表單元，使儀表單元均具有了直接的通訊功能，這就使得網絡延伸到控制系統的末端。
在原有控制系統網絡結構的基礎上，結合這一網絡技術，就實現了完成最基本控制任務的底層到完成優化調度工作的最高層的網絡優化連接。
(2)控制系統走向系統扁平化
現場級網絡技術的發展使每個網端可以容納不同回路系統的現場級設備和儀表單元,同時，不同的網端還可以通過網橋相互連接,這樣就大大提高了現場級網絡的連接能力，從而使計算機控制系統的結構發生了明顯變化,逐步形成兩層網絡的系統結構。
上層負責完成高層管理功能, 底層負責完成所有具體的控制任務,這樣的系統簡化了系統的結構和層次,縮短了上層控制任務到下層單元實施過程,實現了較大規模的信息交換公共平臺,加強了上層子系統與下層子系統或單元之間的聯系。
綜上所述,由于計算機技術硬件技術和軟件技術的發展，使得計算機控制系統的控制能力越來越強，從而大大提高了生產效率，縮短了生產周期，節約了生產成本，從而使得計算機控制系統在工業生產中的應用越來越廣泛。
參考文獻
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[7]趙宏達,張建華.分布式計算機控制系統的技術發展現狀[J].黑龍江水專學報,2006(1):23 25.
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