1、-HEFEI UNIVERSITY計算機控制在生產工業中的應用題目： 計算機控制在生產工業中的應用 系別： 電子信息與電氣工程系專業班級：11自動化1班 導師：完成時間： 2021-03-20目錄摘要- 1 -一、 計算機控制技術的開展概況- 2 -1.1計算機控制技術的開展歷史- 2 -1.2計算機控制技術的分類- 2 -1.3計算機控制系統國外應用狀況- 4 -1.4 計算機控制技術的開展趨勢- 5 -二、 計算機控制的應用- 6 -2.1計算機控制技術的應用- 6 -2.1計算機控制技術的特點- 6 -三、總結- 8 -參考文獻- 8 -. z-計算機控制技術的開展及應用摘要 計算機控制

2、系統是自動控制技術和計算機技術相結合的產物，利用計算機通常稱為工業控制計算機，簡稱工控機來實現生產過程自動控制的系統，它由控制計算機本體包括硬件、軟件和網絡構造和受控對象兩大局部組成。隨著計算機技術和現代控制理論的快速開展，計算機控制技術誕生并迅速蓬勃開展起來，其應用普及國防、航空航天、工業、農業、醫學等多種領域。在各個大中型企業的生產過程中現已廣泛采用計算機控制技術，實現對工業生產過程的檢測、控制、優化、調度、管理和決策從而到達提高產品品質和產量、確保平安、提高生產率的目的?？刂评碚摗x器儀表、計算機和其他信息技術的應用極推進了計算機自動控制技術的開展。自動控制理論與計算機信息科學的嚴密結合

3、，給工業生產過程帶來了新的技術革新。在各個工業現場中計算機自動控制技術的應用十分活潑。計算機技術、網絡技術、工業控制技術可以應用于幾乎所有的工廠、生產車間、生產線上。比方發動機廠、汽車制造廠、發電廠、鋼鐵廠等等。但是工業現場不同于事業單位的辦公室或其他場所那里一般環境比較惡劣有著強磁場、幾千伏高壓電、粉塵以及強烈的噪音等這就要求工業現場的計算機控制系統具有更好的性能更強的抗干擾能力。由此工業控制技術和工業控制計算機應運而生這是一種特殊的更適合于在工業環境中工作有許多模擬量和開關量信號輸入和輸出并完成類似數據采集、生產控制等功能的具有高可靠性、高抗干擾能力、高精度的集成計算機系統。本文主要介紹計

4、算機控制技術開展歷史，現狀及趨勢，應用領域具體實例以及關于計算機控制技術的思考。. z-1、 計算機控制技術的開展概況1.1計算機控制技術的開展歷史世界上第一臺電子數字計算機于1946年在美國問世。經歷了十多年的研究，1959年世界上第一臺過程控制計算機TRW-300在美國德克薩斯的一個煉油廠正式投入運行。這項開創性工作為計算機控制技術的開展奠定了根底，從此，計算機控制技術獲得了迅速的開展。同時，計算機控制系統的開展是與計算機技術、控制技術的開展密切相關的。計算機控制系統的開展大致經歷了以下四個階段：1計算機控制系統的開創期20世紀50年代 1946年世界第一臺電子計算機ENICA問世。195

5、2年，計算機首先被用來自動檢測化工生產過程的過程參量并進展數據處理。1954年，人們開場研究計算機的開環控制。1956年3月開場，美國開辟了計算機控制的新紀元。但是計算機控制并沒有得到廣泛的應用。2直接數字控制階段20世紀60年代 1962年，英國研究了一臺用于過程控制的計算機，實現了直接數字控制，但是系統的抗干擾性比較差，可靠性不是太好，因此許多計算機系統發生障礙。3集中式計算機控制系統開展時期1967-1975年 20世界60年代，人們提出了集中式計算機控制系統。但是仍不能滿足工業生產的控制要求。4以微處理器為核心的分層分布式控制系統1975年至今分散性控制系統DCS采用分層分布式的遞階控

6、制構造，用計算機對生產過程進展集中監視、操作、管理和分散控制。DCS在世界圍獲得了廣泛應用，其中，FCS中用數字信號代替了模擬信號。1.2計算機控制技術的分類計算機控制系統的應用領域非常廠泛，計算機可以控制單個電機、閥門，也可以控制管理整個工廠企業；控制方式可以是單回路控制，也可以是復雜的多變量解耦控制、自適應控制、最優控制乃至智能控制。因而，它的分類方法也是多樣的，可以按照被控參數、設定值的形式進展分類，也可以按照控制裝置構造類型、被控對象的特點和要求及控制功能的類型進展分類，還可以按照系統功能、控制規律和控制方式進展分類。常用的是按照系統功能分類，分為以下幾類： 1基于PC總線的板卡與工控

7、機的計算機控制系統：是一個典型的DDC控制系統 2基于數字調節器的計算機控制系統：數字調節器是一種數字化的過程控制儀表，其外表類似于一般的盤裝儀表，而其部由微處理器、RAM、ROM、模擬量和數字量I/O通道、電源等局部構成的一個微型計算機系統。一般有單回路、2回路、4回路或8回路的調節器，控制方式除一般PID之外，還可組成串級控制、前饋控制等。 3基于PLC的計算機控制系統：PLC是微機技術和繼電器常規控制概念相結合的產物,是一種進展數字運算的電子系統，是能直接應用于工業環境下的特殊計算機。它具有豐富的輸入/輸出接口，并具有較強的驅動能力，能夠較好地解決工業控制領域中普遍關心的可靠、平安、靈活

8、、方便、經濟等問題。 4基于嵌入式系統的計算機控制系統：嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為根底，并且軟硬件可裁剪，適用于應用系統對功能、可靠性、本錢、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統。一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統及用戶應用程序等四局部組成，用于實現對其他設備的控制、監視或管理等功能。應用嵌入式系統，要求針對特定應用、特定功能開發特定系統，即要求系統與所嵌入的應用環境成為一個統一的整體，具有緊湊、高可靠性、實時性好、低功耗等技術特點，因此就必須研究它的獨特的設計方法和開發技術，這是嵌入式系統成為一個相對獨立的計算機研究領域的原因。 5集散控制系統DCS:為滿足大型

9、工業生產要求，以微型計算機為根底，從綜合自動化的角度，按分散控制、集中操作、綜合管理和分而自治的設計原則而設計的一種集散型綜合控制系統，廣泛用于模擬量回路控制較多的行業，盡量將控制所造成的危險性分散，而將管理和顯示功能集中。先進的分散型控制系統將以CIMS/CIPS為目標，以新的控制方法、現場總線智能化儀表、專家系統、局域網絡等新技術，為用戶實現過程控制自動化相結合的管控一體化的綜合集成系統。 6現場總線控制系統FCS:FCSFieldbus Control System是一種以現場總線為根底的分布式網絡自動化系統，它既是現場通信網絡系統，也是現場自動化系統。作為一種現場通信網絡系統，FCS具

10、有開放式數字通信功能，可與各種通信網絡互連；作為一種現場自動化系統，FCS把安裝于生產現場的具有信號輸入、輸出、運算、控制和通信功能的各種現場儀表或現場設備作為現場總線的節點，并直接在現場總線上構成分散的控制回路。 7計算機集成制造/過程系統CIMS/CIPS：CIMS是基于1973年美國Dr.Joseph Harrington?puter Integrated Manufacturing?博士論文中提出的CIM概念而構成的一種現代制造系統。企業生產的各個環節，即從市場分析、產品設計、加工制造、經營管理到售后效勞的全部生產活動，彼此是嚴密連接的，是一個不可分割的整體，應該在企業整體框架下統一考

11、慮各個環節的生產活動；整個生產過程的實質是一個數據的采集、傳遞和加工處理的過程，最終形成的產品可以看作是“數據的物質表現。1.3計算機控制系統國外應用狀況 近十幾年，過程控制系統開展非常迅速，由于集散控制系統是這一領域的主導開展方向，各國廠商都在這一市場不斷推出新。美國和日本的產品代表兩個主要的開展方向：美國廠商重點推出開放型集散系統，加速研制現場總線產品，推廣應用智能變送器；日本廠商則著重開展高功能集散系統，從軟件開發入手，挖掘軟件工作的潛力，強調控制功能和管理功能的結合。20世紀80年代，比較著名的大型集散控制系統新產品有：美國Honeywell公司的TDC一3000，Fo*boro公司的

12、VAS，Bailey公司的INn一9o，日本橫河公司的CENTRUM *L，英國O*ford Automation公司的SYSTEM一86，德國Siemens公司的TELEPERM系統等等。這些都屬于第三代DCS，控制點可到達一萬點以上，系統構造接近標準化，采用局域網技術。它的主要改變是在局域網絡方面，采用了符合國際標準化組織ISO的OSI開放系統互連的參考模型。因此，在符合開放系統的各制造廠商產品間可以互相連接、互相通訊和進展數據交換，第三方的應用軟件也能在系統中應用，從而使集散控制系統進入了更高的階段。在2o世紀9o年代初，隨著對控制和管理要求的不斷提高，第四代集散控制系統以管控一體化的形

13、式出現。它在硬件上采用了開放的工作站，使用mSc替代CISC，采用了客戶機效勞器(ClientServer)的構造。在網絡構造上增加了工廠信息網(Intranet)，并可與國際信息網(IntemeO 聯網。在軟件上則采用UNI*系統和*Windows的圖形用戶界面，系統的軟件更豐富。同時，在制造業，計算機集成制造系統(CIMS)得到了應用，使人們看到了應用信息管理系統的經濟效益。隨著現場總線技術的出現，在世界上引起了廣泛重視，各大儀表制造廠商紛紛在自己的DCS系統中融7、現場總線技術，推出現場總線控制系統及相應的現場總線儀表裝置。第四代集散控制系統的典型產品有Honeywell公司的TPS控制

14、系統，橫河公司CENTE R CS控制系統，Fo*boro公司lAS 5051系列控制系統，ABB公司Advant系列OCS開放控制系統等。這代集散控制系統主要是為解決DCS系統的集中管理而研制，它們在信息的管理、通訊等方面提供了綜合的解決方案。1.4 計算機控制技術的開展趨勢要開展計算機控制技術，必須對生產過程知識、測量技術、計算機技術和控制理論等領域進展廣泛深入地研究。1開放式控制系統的興起。目前，各系統的體系構造并不一致，相互之間缺乏兼容性和互換性，各廠家的系統不具備可移植性和互操作性，真正實現控制系統的開放性，還有很長的路要走。2推廣開展智能控制系統。常用的智能控制策略包括模糊控制、專

15、家控制、學習控制以及神經控制等，智能化是控制系統技術水平的重要標志。3采用新型的分層分布式控制系統。開展以Bitbus、現場總線等先進網絡技術為根底的DCS和FCS控制構造，并采用先進控制策略，向LCA系統的方向開展，實現計算機集成制造系統。4推廣應用先進的控制技術。普及應用PLC；采用智能化的儀器儀表；根據應用要求選擇處理器。5控制系統的綜合自動化。綜合自動化包括計算機集成制造系統和計算機集成過程系統，是過程工業中的CIMS。6控制系統的網絡化與虛擬化。在數字化根底上，虛擬化技術的研究正在迅速開展，它主要包括虛擬現實、虛擬產品開發、虛擬制造和虛擬企業等。7控制系統的綠色化。綠色自動化技術的概

16、念，保證信息平安與減少信息污染、電磁譜波抑制、干凈生產、人機和諧和綠色制造等。2、 計算機控制的應用2.1計算機控制技術的應用1工業爐控制的典型情況為了保證燃料在爐膛正常燃燒，必須保持燃料和空氣的比值恒定。它可以防止空氣太多時，過剩空氣帶走大量熱量；也可防止當空氣太少時，由于燃料燃燒不完全而產生許多一氧化碳或碳黑。為了保持所需的爐溫，將測得的爐溫送入計算機計算，進而控制燃料和空氣閥門的開度。 為了保持爐膛壓力恒定，防止在壓力過低時從爐墻的縫隙處吸入大量過?？諝猓蛟趬毫^高時大量燃料通過縫隙逸出爐外，必須采用壓力控制回路。測得的爐膛壓力送入計算機，進而控制煙道出口擋板的開度。 為了提高爐子的熱

17、效率，還須對爐子排出的廢氣進展分析，一般是用氧化鋯傳感器測量煙氣中的微量氧，通過計算而得出其熱效率，并用以指導燃燒控制。2.1計算機控制技術的特點1平安可靠 工業控制計算機不同于一般用于科學計算或管理的計算機，它的工作環境比較惡劣，周圍的各種干擾隨時地威脅著它的正常運行，而且它所擔當的控制重任又不允許它發生異?，F象。因此在設計過程中把平安可靠放在首位。2作維護方便 操作方便表達在操作簡單、直觀形象、便于掌握，并不要求操作工要掌握計算機知識才能操作。既要表達操作的先進性，又要兼顧原有得操作習慣。維修方便表達在易于查找故障，易于排除故障。采用標準的功能沒，模板式構造，便于更換故障模板。并在功能模板

18、上安裝狀態指示燈和監測點，便于維修人員檢查。另外配制診斷程序用來查找故障。3時性強 工業控制機的實時性表現在對部和外部事件能及時的響應，并做出響應的處理，不喪失信息，不延誤操作。計算機處理的事件一般分為兩類，一類是定時事件，如數椐的定時采集、運算控制等；另一類是隨機事件，如事故、報警等。對于定時事件，系統設置時鐘保證定時處理。對于隨機事件系統設置中斷，并根據故障的輕重緩急，預先分配中斷級別，一旦事故發生保證優先處理緊急故障。4通用性好 工業控制計算機的通用靈活性表達在兩個方面，一是硬件模板設計采用標準總線構造，配置各種通用的功能模板，以便在擴大功能時只需增加功能摸板就能實現；二是軟件模塊或控制算法采用標準模塊構造，用戶使用時不需要二次開發，只需按要求選擇各功能模塊，靈活地進展控制系統組態。5濟效益高計算機控制應該帶來高的經濟效益，系統設計時要考慮性能價格比，要有市場競爭意識。經濟效益表現兩個方面，一是系統設計的性能價格比要盡可能高；二是投入產出比要盡可能的低。三、總結計算機控制技術是一門以電子技術、自動控制技術、計算機應用技術為根底，以