黃俐明

（首鋼貴陽特殊鋼責任有限公司，貴州 貴陽 550000）

引言

計算機控制就是用計算機對一個動態(tài)對象或過程進行控制。在計算機控制系統(tǒng)中，用計算機代替自動控制系統(tǒng)中的常規(guī)控制設備，對動態(tài)系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)和控制，這是對自動控制系統(tǒng)所使用的技術裝備的一種革新。這一革新，改變了自動控制系統(tǒng)的結構，也導致對這類系統(tǒng)的分析和設計發(fā)生較多的變化。在初步介紹計算機控制系統(tǒng)之后，分別介紹計算機控制技術的特點和基本設計過程。

1 計算機控制系統(tǒng)的設計過程

計算機控制系統(tǒng)的軟、硬件結構將根據(jù)不同的對象有所不同，但系統(tǒng)設計的步驟大體上相同，一般包括以下幾方面。

1.1 系統(tǒng)的總體方案設計

根據(jù)系統(tǒng)設計任務書進行總體方案設計。選擇系統(tǒng)的軟、硬件組成方式根據(jù)系統(tǒng)的價格和時間要求，選擇適當?shù)姆绞浇M成系統(tǒng)。在時間要求比較緊的情況下，盡量選購現(xiàn)成的軟、硬件系統(tǒng)進行組合；而在經(jīng)費緊張的情況下可以考慮自己設計電路模塊。值得注意的是，軟、硬件工作比例的劃分也將對系統(tǒng)的價格和實現(xiàn)時間產(chǎn)生重要的影響。系統(tǒng)的總體方案設計大概包括選擇微處理器、確定存儲器容量、選擇外圍接口電路、選擇傳感器、選擇軟件開發(fā)環(huán)境、硬件設計及調(diào)試六個基本內(nèi)容。

1.2 確定控制任務

進行系統(tǒng)設計之前，首先要對控制對象進行深入調(diào)查、分析，熟悉工藝流程，了解具體的控制要求，確定系統(tǒng)所要完成的任務，包括系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能、控制速度、控制精度、現(xiàn)場環(huán)境、完成設計的時間要求等。根據(jù)這些任務寫好設計任務說明書，作為整個控制系統(tǒng)設計的依據(jù)。

1.3 軟件設計

軟件設計要根據(jù)系統(tǒng)總的設計要求，確定軟件所要完成的各種功能及完成這些功能的邏輯和時序關系，并用軟件流程圖表述出來。按軟件流程圖中不同的功能，分別設計相應的軟件功能模塊。如模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、通訊模塊和鍵盤處理模塊等。每一種模塊都可以單獨進行調(diào)試，各種模塊分別調(diào)試好后，再按流程圖邏輯和時序關系將他們正確組合、連接、調(diào)試。

1.4 現(xiàn)場安裝調(diào)試

首先要按工藝流程圖將系統(tǒng)正確安裝，然后對系統(tǒng)進行粗調(diào)和精確調(diào)試，根據(jù)實際對象確定各種控制參數(shù)，調(diào)整顯示值或保存數(shù)據(jù)等。硬件調(diào)試和軟件調(diào)試都可以在實驗室環(huán)境下用對現(xiàn)場情況進行模擬的方式進行，并進行必要的聯(lián)合調(diào)試工作，半實物仿真是系統(tǒng)調(diào)試的雖要基礎，而最終的系統(tǒng)級調(diào)試要在現(xiàn)場完成。

2 概述計算機控制系統(tǒng)

計算機控制系統(tǒng)的組成是由硬件和軟件兩大部分組成。而一個完整的計算機控制系統(tǒng)應由下列幾部分組成：被控對象、主機、外部設備、外圍設備、自動化儀表和軟件系統(tǒng)。

2.1 硬件部分

硬件部分用于一般數(shù)值計算和信息處理的計算機稱為通用計算機（簡韻；通用機）。用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制的計算機稱為工業(yè)控制計算機（簡稱控制機）。通用機由主機和外部設備組成，主機包括運算器、控制器和主存貯器（俗稱內(nèi)存貯器）；外部設備包括輸入設備、輸出設備和外部存貯器，如鍵盤、CRT顯示器、打印機、磁帶和磁盤等，起著人機聯(lián)系和擴展主機存貯能力的作用。它們是主機正常工作和人們使用主機所必需的設備。'通用機主要是同使用機器的人交流信息，控制機除了同人交流信息外，要自動地控制生產(chǎn)過程，它還必須與被控制的對象直接交流信息。這是控制機與通用機根本不同的地方。為此，控制機必須具備直接從生產(chǎn)過程獲取信息，經(jīng)過主機加工處理后，把控制信息饋送給生產(chǎn)過程的能力。這種能力表現(xiàn)在主機與被控對象之間直接進行信息的變換和傳遞上，具有這種能力的設備稱為生產(chǎn)過程通道。相對于外部設備，通常把生產(chǎn)過程通道稱為主機的外圍設備。因此，可以簡單地說，通用計算機由主機和外部設備組成；控制計算機由通用計算機與外圍設備組成。

2.2 軟件部分

軟件系統(tǒng)是控制機不可缺少的重要組成部分。只有在適當?shù)能浖到y(tǒng)支持下，控制視才能按設計的要求正常地工作。控制機的軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和應用軟件兩大類。系統(tǒng)軟件是用于計算機系統(tǒng)內(nèi)部的各種資源管理、信息處理對外進行聯(lián)系及提供服務的軟件。例如操作系統(tǒng)、監(jiān)控程序、語言加工系統(tǒng)和診斷程序等。應用軟件是用來使被控對象正常運行的控制程序、控制策略及其相應的服務程序。例如過程監(jiān)視程序、過程控制程序和公用服務程序等。應用軟件是在系統(tǒng)軟件的支持下編制完成的，它隨被控對象的特性和控制要求不同而異。通常應用軟件由用戶根據(jù)需要自行開發(fā)。隨著計算機過程控制技術的日趨成熟，應用軟件正向標準化、模塊化的方向發(fā)展。標準的基本控制模塊由制造廠家提供給用戶，用戶只需根據(jù)控制的要求，經(jīng)過簡單的組態(tài)過程即可生成滿足具體要求的專用應用軟件，大大方便了用戶，縮短了應用軟件的開發(fā)周期。提高了應用軟件的可靠性。

3 計算機控制系統(tǒng)的特點

由于計算機本身的特點，計算機控制系統(tǒng)與一般常規(guī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)相比，具有以下特點。精度高：通過多字長的數(shù)值運算，可以實現(xiàn)常規(guī)調(diào)節(jié)器難以達到的控制精度，而且不存在零點漂移、熱噪聲及元件老化對控制精度的影響。計算機具有分時處理能力。一臺計算機（嚴格說是一個CPU）可以對多個控制回路進行控制。

計算機具有很強的貯存和邏輯判斷能力，能夠根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境的變化，及時作出判斷，選擇最合理的控制對策；可以實現(xiàn)復雜的控制規(guī)律，以達到理想的控制效果。使用方便靈活。計算機的控制功能是通過硬件和軟件共同實現(xiàn)的。在不增加硬件的情況下，可以通過修改軟件來改變控制方案和控制機的功能。計算機除了能實現(xiàn)控制功能以外，還可以同時實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的管理，如生產(chǎn)計劃調(diào)度，經(jīng)濟核算等。

4 計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

DCS和工業(yè)控制計算機技術正在相互滲透發(fā)展，并擴大各自的應用領域。原來一般流程工業(yè)的控制多選用集散型控制系統(tǒng)（DCS），離散型制造業(yè)的控制多采用可編程控制器（PLC）。隨著DCS和PLC相互滲透發(fā)展繼而擴大自己的應用領域，將出現(xiàn)DCS和PLC融合于一體的集成過程控制系統(tǒng)。工業(yè)控制網(wǎng)絡將向有線和無線相結合的方向發(fā)展。計算機網(wǎng)絡技術、無線技術以及智能傳感器技術的結合，產(chǎn)生了基于無線技術的網(wǎng)絡化智能傳感器。這種基于無線技術的網(wǎng)絡化智能傳感器使得工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)能夠通過無線鏈路直接在網(wǎng)絡上傳輸、發(fā)布和共享。工業(yè)控制軟件己向組態(tài)化方向發(fā)展，工業(yè)控制軟件主要包括人機界面軟件、控制軟件以及生產(chǎn)管理軟件等。

結束語

隨著計算機技術的發(fā)展，計算機控制越來越深入地滲透于生產(chǎn)之中。因此，設計一個性能良好的計算機控制系統(tǒng)是非常重要的。計算機控制系統(tǒng)包括硬件、軟件和控制算法3個方面，一個完整的設計還需要考慮系統(tǒng)的抗干擾性能，使系統(tǒng)能長期有效地運行。在綜述部分對計算機控制技術的發(fā)展方向進行展望。

近年來我國在控制規(guī)律、控制方案、實施技術以及大規(guī)模的集中控制方面，有一定數(shù)量的成功典型，經(jīng)濟效益也比較顯著。近年來，還開始運用數(shù)學模型方法，探討和推廣現(xiàn)代控制理論在化工過程控制中的應用，結合微型計算機的推廣應用，不少項目開展了計算機控制和調(diào)度管理的研究，使生產(chǎn)的技術水平和經(jīng)濟效益都有較大的提高。

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