计算机控制技术及其应用的研究

杨巨淼

摘 要：现代科学技术的快速发展使得计算机控制技术逐渐成熟并得到广泛应用，在现代社会中发挥着重要作用。文章简单介绍了计算机控制系统，分析了其工作过程、特点以及组成，并从操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、分散控制系统、现场总线控制系统、计算机控制技术的应用发展方向等方面，就计算机控制技术的应用情况加以探讨。

关键词：计算机控制技术;现场总线控制系统;直接数字控制系统

0 引言

电气自动化技术的应用和发展已经不能满足实际需求，因此以计算机控制技术为核心，以电子技术、电子控制技术、计算机应用技术等为基础，综合可编程控制技术、单片机技术、计算机网络技术的新兴学科得以快速发展。计算机控制技术较传统电气自动化技术具有更加精密化、生产设备信息化、自动化程度高、机电控制系统最佳化等优势，故而其在现代工业生产以及其他领域中得到广泛应用，依然成为助推现代社会发展的重要技术。

1 计算机控制技术概述

1.1 计算机控制系统

所谓计算机控制技术，简单来说就是通过计算机控制系统与不同的动态系统相连并进行控制的技术，其核心在于使用计算机代替自动控制中的常规控制设备，从而借助计算机在采集、传输、存储以及处理能力方面的能力优势提高自动、动态、智能控制水平。计算机控制系统通常可以分为开环系统与闭环系统两种，前者指系统输出量不会影响控制作用的系统，其特点在于无须测量和处理系统输出量;后者指系统输出信号直接影响控制作用的系统，其特点在于需要准确处理反馈并维持系统稳定性。

1.2 计算机控制系统的工作过程

计算机控制系统的运行基本上可以划分内三部分，即数据采集、决策以及控制执行，通过这三部分基本上能够满足所有的控制要求。首先是数据采集。在温度仪器、湿度仪器等测量装置的作用下，能够实时采集系统需要的相关数据并传输至计算机，为整个计算机控制活动的实施奠定基础。其次是控制决策。计算机通过软件对采集的相关数据进行分析与处理，按照程序下达相应的指令，明确控制目标、内容和方式。最后是控制执行。计算机控制系统发出的控制指令被执行机构所接收，进而执行相应的指令动作，完成控制[1]。

1.3 计算机控制系统的特点

计算机控制系统作为复杂程度高、集成度高、应用范围广、功能强大的系统，有着较為复杂而多样化的特点，主要体现于以下几方面。其一，模拟与数字部件的混合系统。计算机控制系统的核心便是数字计算机，这使得其具有数字控制特性;同时系统中还包含大量模拟部件如测量装置、执行机构等，这使得其具有模拟控制特性。其二，信号形式多样。计算机控制系统主要是基于连续模拟信号进行控制，这是因为其主要应用于工业生产控制，而工业生产控制往往需要对相关数据进行连续测量。不过该系统依旧支持离散模拟、离散数字等不同信号形式，可根据实际需求进行灵活调整及应用。其三，灵活性和适用性良好。计算机控制系统能够通过在线修改的方式直接修改控制方案、控制规律、控制程序等，修改过程较为简单快速，故而能够有效适应不同的工业生产需求，甚至能够实现实时动态修改。其四，控制效果良好。计算机本身处理性能强大，尤其是随着现代计算机技术的不断发展，基于计算机控制系统的工业企业能够实现高度集成化和自动化，构建控制与管理一体化的全新模式，助力企业发展。

1.4 计算机控制系统的组成

硬件以及软件是系统组成的基础，计算机控制系统同样如此，主要硬件和软件包括以下几部分。首先是计算机主机。作为控制系统的核心部分，计算机主机必然少不了高速的中央处理器以及时钟电路、内存储器等。其次是通用外围设备。整个系统包含大量通用外围设备，是支持系统运行的基础设备，而且可以按照功能划分为输入设备、输出设备以及外存储器等。然后是过程I/O通道以及通用接口电路。作为连接系统中不同硬件设施设备的部分，过程I/O通道以及通用接口电路的作用不容忽视，可以说是支持整个系统正常运行的必要基础。再然后是传感器和变送器。二者在整个系统中的作用主要是将检测到的信号转变为计算机接口使用的标准电信号并进行传输，从而确保计算机能够有效接收和处理数据。之后是运行操作台。运行操作台主要是供工作人员操作的区域，往往集中了控制开关、数字键、功能键、指示灯、显示器、声信器等硬件。最后是软件，也就是各种计算机程序的总和，其通常能够实现监控、管理、控制、计算、自诊等功能[2]。

2 计算机控制技术的应用

2.1 操作指导控制系统

操作指导控制系统又称为数据处理系统，该系统中每隔一段时间计算机就会进行一次采样，经A/D转换后送入计算机进行加工处理，然后再进行报警、打印或显示操作。计算机的输出不直接用来控制生产对象，操作人员根据输出的结果进行设定值的改变或必要的操作。因此该系统虽然具有结构简单、控制灵活安全等特点，但受限于人工操作，通常只会应用于单个或者两个等人工操作速度能够完全满足的情况，否则容易因为人工操作速度限制而影响控制效果，甚至可能引发各种安全事故。

2.2 直接数字控制系统

直接数字控制系统（Direct Digit Control，简称“DDC系统”）实际上就是传统电气控制技术在数字计算机方面的应用，其原理和电气控制技术较为类似，即计算机直接获取相关参数后根据程序设定进行运算，再根据运算结果下达控制指令，从而达到控制目的。和传统电气控制技术相比，DDC系统得益于计算机自身强大的运算处理性能，能够实现多个复杂控制回路的分时处理，控制效果良好且稳定可靠，其通常被应用于小型或中型生产装置的控制。DDC系统的硬件结构包含模板式以及模块式两类，而且安装方式又包含有盒式、台式、柜式等，故而其能够适应不同的工业生产需求，适用性极强。DDC系统还具有在线实时控制、分时方式控制、灵活和多功能等特性，能够直接通过软件编写和修改控制方案，甚至能够实现自适应、自学习、最优控制、智能控制等，控制精度高且实时性、可靠性良好。随着计算机技术的快速发展，计算机配备的中央处理器、内存储器等性能大幅提升，使得DDC系统能够通过一台计算机稳定控制多达数十个回路，故而相应的应用范围极为广泛，诸如材料热加工、化工、机械、冶金等工业领域均会大量应用该系统。

2.3 监督控制系统

顾名思义，监督控制系统（Supervisory Computer Control，简称“SCC系统”）是以监督为主要功能的控制系统。在工业生产中，SCC系统的应用极为广泛，其能够实现对工业生产的全方面、全过程监督，按照预定程序对相关参数数据信息进行采集、分析与处理，从而判断生产过程是否存在异常，并能实现打印、现实以及报警等功能，充分发挥监督作用。SCC系统和操作指导控制系统较为类似，不过其并非只能通过人工操作的方式进行控制，也能实现监督与控制一体化，是典型的闭环控制系统[3]。SCC系统的应用是保障工业生产安全性和可靠性的重要手段，尤其是当上位机和DDC系统出现故障时，SCC系统能够取代DDC系统并进行有效控制，最大程度减轻故障对工业生产的影响。

2.4 分散控制系统

分散控制系统（Distributed Control System，简称“DCS系统”）是基于控制分散、操作和管理集中的设计思想而来的计算机控制系统，其结构一般为多层分级、合作自洽形式。DCS系统的硬件主要包括现场控制单元以及操作站，前者即分散在现场各个部分的控制单元，是实现分散控制的基础;后者则是现实、记录各控制单元的过程数据并支持人机交互的区域，是实现集中操作和管理的基礎。由于DCS系统自身的特殊性，其往往兼具操作指导系统、DDC系统、SCC系统等的功能，可以实现复杂的现场分散控制，故而其在诸多工业生产领域有着广泛应用。

2.5 现场总线控制系统

现场总线控制系统（Fieldbus Control System，简称“FCS系统”）是DCS系统的更新换代产品，其与后者相比是通过智能现场设备以及自动化系统的通信网络构建起整个系统的架构，故而其更能适应现代工业的数字通信、自动控制发展需求。实际上就目前的情况来看，FCS系统正在逐渐取替DCS系统，不少大型工业企业都在工业生产中升级应用FCS系统，从而获得更为稳定、可靠和高效的控制性能。

2.6 计算机控制技术的应用发展方向

随着计算机控制技术应用的不断深化以及现代技术和工业的飞速发展，准确把握相应的应用发展方向将是进一步提升应用水平的基础和关键。就目前来看，集散控制系统兼具分散控制以及综合管理的优势，是满足现代工业生产控制和管理需求的有效方式，具有巨大的应用发展前景。对自动化技术、信息技术、制造技术等进行全面整合的计算机集成制造系统具有生产一体化管理的优势，能够实现多品种、中小批量生产的总体高效益、高柔性的智能制造，无疑也是计算机控制技术发展的一大方向。

3 结语

综上可知，计算机控制技术作为现代工业中不可或缺的基础技术，其在控制工业生产和支持生产管理方面的作用不容忽视。准确把握计算机控制技术应用情况和发展前景，结合实际需求进行适当优化，无疑是充分挖掘该技术优势和功能，助推现代工业自动化、智能化发展的关键，值得大力研究、探索、尝试和发展。

[参考文献]

[1]李齐齐.浅析计算机控制技术及其应用[J].中国西部，2017（6）：82.

[2]曹越.计算机控制技术及应用[J].数字化用户，2019（22）：215.

[3]翟佩华.计算机控制技术的发展及应用[J].工业，2016（1）：261.

（编辑 王永超）