计算机控制技术发展现状与应用分析

王鼎尧

（沈阳理工大学,沈阳 110034）

0 引言

计算机控制技术是将计算机技术与自动控制技术相结合的一种技术，具有独特的科技优势，广泛应用于工业、农业、航天航空、交通运输等重要领域。计算机控制技术是一种以计算机为核心的自动控制技术，在促进国民经济的发展和改善国计民生方面发挥了重要作用。

1 计算机控制系统基础知识

1.1 计算机控制系统概念

计算机控制系统是一种通过将计算机以及各种辅助部件将被控对象与计算机相联系的方式，来获取一定控制目的的系统。这里的计算机不仅包括数字计算机，还包括微型计算机、大型计算机和各种专用计算机等。计算机与被控对象的联系方式以及部件与部件之间的联系方式主要分为有线联系和无线联系两种形式，有线联系即通过电缆等方式进行的联系，无线联系是指通过红外线、无线电波等方式进行的联系。这里的辅助部件可以分为执行装置、输入输出接口以及检测装置等。

1.2 计算机控制系统特点与分类

计算机控制系统除了兼具计算机与自动控制系统的特点，还具有速度快、存储大、精度高等新的特点，在提高控制的精密度与速度以及促进高复杂度控制方法的产生等方面发挥了重要作用。计算机控制技术的发展不仅改变了工业生产方式，而且优化了人们的生活方式。

计算机控制系统主要分为以下几种：（1）数据采集系统。计算机不直接参与控制，而是对数据进行采集与处理，对各种变化趋势进行分析，为操作人员提供参考；（2）分级控制系统。也就是集散控制系统（DCS系统），是一种以微处理器为基础的一种新型控制系统；（3）直接数字控制系统。计算机直接参与控制，并通过较强的计算能力，实现控制算法的灵活转换；（4）现场总线控制系统。是一种在DCS系统的基础上发展而成的新一代分布式控制系统，其通信标准的统一促进了各厂商产品间的互联并且降低了DCS系统成本；（5）监督计算机控制系统。是一种采用高档微型计算机进行优化分析计算，实现高级控制与管理的系统。

1.3 计算机控制系统组成

计算机控制系统主要有闭环与开环两种形式。闭环形式是当前计算机控制系统主要采用的形式，通过对被控对象各种状态的信息采集，并进行特定的处理，由输出控制信息去影响被控对象。在开环控制系统中，计算机不直接影响被控对象，而是通过人工的方式去影响。

计算机控制系统可分为软件系统和硬件系统两大组成部分。

（1）软件系统。软件系统是控制机按设计正常运行的基础与必要条件。软件系统又可以分为应用软件与系统软件。其中应用软件主要通过过程控制程序、过程监视程序以及相应的服务程序来确保被控对象的正常运行。用户的需求是应用软件开发的重要依据，因此应用软件会随着控制要求与被控对象特性的变化而变化。当前，应用软件正向模块化与标准化方向发展，这不仅有助于加快软件的开发周期，而且还有助于提高软件的可靠性。系统软件主要是指能够协调计算机系统内部各种资源并与外界进行联系或提供服务的各种软件。

（2）硬件系统。计算机控制系统的硬件可以分为主机、外部设备、生产过程输入输出通道、通讯设备、操作台等结构。主机由控制器、内存储器和运算器组成；外部设备可分为外存储器、输入设备与输出设备，对扩展主机的存储容量和促进人机联系起着重要作用。

2 计算机控制技术的发展与应用

计算机控制理论自上世纪50年代萌芽开始，经过不断的改革与创新，现已经形成了一套完整的理论体系，大大促进了计算机控制技术的提高，当前我国计算机控制技术的发展主要呈现以下趋势：

（1）网络控制化发展。随着计算机网络技术在计算机控制系统的广泛使用，传统的回路控制发生了根本变化，扩大了计算机控制系统在电厂、航天航空、机械制造等领域的应用范围，促进了信息资源的共享，并提高了控制的效率与可靠性。

（2）DCS与PLC的新发展。DCS即集散控制系统，通过采用分布式控制理念，以单片微机技术为载体，并以解决过程分散控制与信息集中管理整合问题为目的。未来DCS将朝着高质量、低能耗、低成本方向发展。PLC即可编程序控制系统，主要用于生产过程的控制。今后PLC的发展主要有以下几个特点：控制器的高速、高能和大量；编程语言的多样化以及通讯网络的广泛应用。

3 计算机控制系统的设计

计算机控制系统的设计是计算机控制系统正常高效运行的重要保障，计算机控制系统的设计不仅要考虑到系统的质量、可靠性、实时性，还应考虑到系统的长期有效性。计算机控制系统的设计过程主要包括以下步骤：（1）明确控制任务。设计的第一步就是明确控制任务，并制定详细的设计任务说明书，这是整个设计过程的重要依据；（2）设计系统的总体方案。根据系统设计任务书，制定系统设计总体方案，选择合理的软、硬件以及最优的组合方式；（3）软件设计。根据设计任务书以及用户的具体需求，选择合理的编程语言进行软件的设计；（4）系统安装调试。根据工艺流程图进行系统安装，并进行调试，及时解决出现的问题。

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