浅析计算机控制技术的发展及应用探索

2014-08-08高杨

商 2014年11期

高杨

摘要：计算机的控制系统因借助辅助部件和被控对象参与并控制应用计算机，从而达到控制的目的。本文介绍了计算机的控制系统组成及分类，计算机的控制系统硬件通常由微型计算机、外部设备、输入输出导通及操作台等组成。控制软件是计算机控制系统的关键部分，整个系统工作都是由控制软件的程序指挥而进行所有协调工作，最后还评价了计算机的控制技术。

关键词：计算机；控制技术；应用探索计算机的控制系统因借助辅助部件和被控对象参与并控制应用计算机，从而达到控制的目的。计算机是指数字计算机，辅助部件指输入输出接口，检测装置以及执行装置等。被控对象的联系以及部件之间的联系，一种是有线方式，例如通过电缆的模拟信号或数字信号联系。一种是无线方式，如红外线、微波、光波等联系。被控对象包括各行各业的机械装置、实验装置、仪器仪表、机器人、生产过程等。控制目的可是使被控对象的运动过程或状态达到某种要求，也可以指为达到某一种最优化的目标[1]。

一、计算机控制系统的组成和分类

计算机的控制系统是由工业计算机和工业对象组成。与普通控制系统一样，计算机的控制系统是开环的或闭环的。而闭环的方式运用最普遍，是一种最基本的控制方式。

1.硬件组成。计算机的控制系统硬件一般都是由计算机、外部设备、输入输出通道以及操作台等构成，如图2所示。图2计算机的控制系统硬件

2.计算机的控制系统软件。计算机的控制系统有以下四种系统：操作指导控制系统、直接数字控制系统（DDC）、计算机监督系统（SCC）、分级计算机控制系统。

二、计算机控制的背景及发展历程

20世纪50年代初将计算机作为控制器的思想开始萌生。开始试图在飞行器的控制中应用工业计算机，但由于体积大、能耗多、可靠性差从而没有被使用。后来，计算机的控制进展主要是在工业控制过程领域，成功实现了计算机的闭环控制。1962年英国运用计算机实现了数字控制，20世纪70年代微型计算机发明。计算机的控制技术[2]将在以下几个方面得到了发展：以工业PC作为基础的工业低成本控制成为主流，PLC将微型化、网络化、PC化、和开放性发展，面对测控管的一体化设计DCS系统，控制系统逐步向现场总线（FCS）的方向发展，仪表技术开始在数字化、智能化、网络化以及微型化进行发展，计算机的控制网络正向有线以及无线结合的方向迈进。

三、计算机控制的发展现状及应用探索

1.网络化。随着计算机和网络技术的发展，各种计算机网络广泛应用于控制系统，规模越来越大，从而使传统的回路控制系统所具有的特点在系统网络化过程中发生了根本变化，并逐步完成了控制系统网络化。

2.扁平化。根据不同功能的网络结构，在系统集散以及分布式计算机的控制系统中，系统将以网络为限分成了多个层次，各层网络之间由计算机相连接。因为各个网络层次之间互相独立，在信息传递和交换中，将受计算机的影响，是信息传递以及交换的主要问题。并由于集散以及分布式的控制系统[3]本身网络以及数据结构有封闭性，造成了不同厂家之间的产品交互性差。

随着企业网技术的发展，网络通讯能力和网络连接规模得到了极大的提高，使得原本在分布式的网络环境中较难实现的数据传输和交换，可以在一个贯穿的网络环境中实现。新一代计算机控制系统的结构发生了明显变化，逐步形成两层网络的系统结构，如图3。图3计算机控制系统网络系统结构

图3上层负责完成高层管理功能，包括各种控制功能之间的协调、系统优化调度、信息综合管理和组织以及总体任务的规划等。底层负责完成所有具体的控制任务，如参数调节的回路控制、过程数据的采集和显示、现场控制的监事以及故障诊断和处理等。因此，新一代计算机控制系统具有两层网络的系统结构，使得整体系统出现了扁平化趋势，即所有的高层次控制、管理和调度任务均在上一层次完成，而所有的具体控制、显示、记录和诊断任务均在下一层次完成。这种系统的优势是：简化系统的结构和层次，缩短上层控制任务到下层单元实施过程，实现较大规模的信息交换公共平台，加强上层子系统与下层子系统或单元之间的联系。

四、计算机控制系统的评价

计算机控制系统的发展和应用，除受系统本身的优缺点影响外，实际系统的控制质量起着非常重要的作用。在计算机的控制系统的发展中始终存在着对系统的控制质量评价问题。一般主要有以下六个方面对系统进行客观评价。

1.系统的质量。主要由采用的控制结构、设计的控制算法、具备各种功能和能达到的控制指标。一个好的控制系统所的控制结构应简单且合理，控制算法满足了控制指标要求的同时尽量简单，功能应尽量广泛。

2.系统的工程化。工程化是控制系统可以得到广泛应用的关键因素。因此，要求让系统软件模块化、硬件标准化，控制策略可选择和可组态、算法通用。

3.系统的实时性。系统的实时性应采用分级分回路以及分别进行。不同的级对实时性的要求不同，越靠近实时性要求越高，在一样的级别，不同的控制任务对实时性的要求也应不同。

4.系统的可靠性。系统的可靠性应有完整的衡量指标以及设计方法。主要指标包括含系统设备故障率、故障的累计概率、系统平均无故障时间、修复时间等。

5.系统的可扩展性。为满足生产发展以及系统应用范围，可扩展性是必要的，对任意一个控制系统可扩展性的主要功能为可扩展几个通道、几个接口、几个回路、几个采样点、和可提供几个存储容量以及内存空间。

6.系统的经济指标。系统的经济指标评价将系统的建设费用以及系统能实现的功能相比较，确定系统整体的效益和应用前景。

五、总结

随着计算机控制技术的不断发展，对控制系统的控制水平要求越来越高，将推动了计算机的控制水平向更高层次的发展。本文首先介绍了计算机控制技术的组成与分类；然后对计算机的起源、发展现状以及应用探索进行了说明；最后评价了计算机控制系统。

参考文献：

[1]于海生. 微型计算机控制技术[M]. 北京：清华大学出版社. 1999.