1、計算機控制系統讀書報告一、 計算機控制系統概述計算機控制系統(Computer Control System，簡稱CCS)是應用計算機參與控制并借助一些輔助部件與被控對象相聯系，以獲得一定控制目的而構成的系統。這里的計算機通常指數字計算機，可以有各種規模，如從微型到大型的通用或專用計算機。輔助部件主要指輸入輸出接口、檢測裝置和執行裝置等。與被控對象的聯系和部件間的聯系，可以是有線方式，如通過電纜的模擬信號或數字信號進行聯系；也可以是無線方式，如用紅外線、微波、無線電波、光波等進行聯系。計算機控制系統的被控對象的范圍很廣，包括各行各業的生產過程、機械裝置、交通工具、機器人、實驗裝置、儀器儀表、家

2、庭生活設施、家用電器和兒童玩具等。控制目的可以是使被控對象的狀態或運動過程達到某種要求，也可以是達到某種最優化目標。與一般控制系統相同，計算機控制系統可以是閉環的，這時計算機要不斷采集被控對象的各種狀態信息，按照一定的控制策略處理后，輸出控制信息直接影響被控對象。它也可以是開環的，這有兩種方式：一種是計算機只按時間順序或某種給定的規則影響被控對象；另一種是計算機將來自被控對象的信息處理后，只向操作人員提供操作指導信息，然后由人工去影響被控對象。計算機控制系統由控制部分和被控對象組成，其控制部分包括硬件部分和軟件部分，這不同于模擬控制器構成的系統只由硬件組成。計算機控制系統軟件包括系統軟件和應用

3、軟件。系統軟件一般包括操作系統、語言處理程序和服務性程序等，它們通常由計算機制造廠為用戶配套，有一定的通用性。應用軟件是為實現特定控制目的而編制的專用程序，如數據采集程序、控制決策程序、輸出處理程序和報警處理程序等。它們涉及被控對象的自身特征和控制策略等，由實施控制系統的專業人員自行編制。計算機控制系統通常具有精度高、速度快、存儲容量大和有邏輯判斷功能等特點，因此可以實現高級復雜的控制方法，獲得快速精密的控制效果。計算機技術的發展已使整個人類社會發生了可觀的變化，自然也應用到工業生產和企業管理中。而且，計算機所具有的信息處理能力，能夠進一步把過程控制和生產管理有機的結合起來（如CIMS），從而

4、實現工廠、企業的全面自動化管理。二、 計算機控制系統工作原理 計算機控制系統包括硬件組成和軟件組成。在計算機控制系統中，需有專門的數字-模擬轉換設備和模擬-數字轉換設備。由于過程控制一般都是實時控制，有時對計算機速度的要求不高，但要求可靠性高、響應及時。計算機控制系統的工作原理可歸納為以下三個過程：（a）實時數據采集 對來自測量變送裝置的被控量的瞬時值進行實時檢測與輸入； (b)實時控制決策 對采集到的表征被控參數的狀態量進行分析，并按已定的控制規律，決定下一步的控制過程。 (c)實時控制輸出根據控制決策，適時地對執行機構發出控制信號,完成控制任務。這三個過程不斷重復，使整個系統按照一定的品質

5、指標進行工作，并對被控量和設備本身的異?，F象及時做出處理。三、 計算機控制系統的組成計算機控制系統就是利用計算機（通常稱為工業控制計算機）來實現工業過程自動控制的系統。在計算機控制系統中，由于工業控制機的輸入和輸出是數字信號，而現場采集到得信號或送到執行機構的信號大多是模擬信號，因此與常規的按偏差控制的閉環負反饋系統相比，計算機控制系統需要有數/模轉換器和模/數轉換器這兩個環節。計算機把通過測量元件、變送單元和模數轉換器送來的數字信號，直接反饋到輸入端與設定值進行比較，然后根據要求按偏差進行運算，所得到數字量輸出信號經過數模轉換器送到執行機構，對被控對象進行控制，使被控變量穩定在設定值上。這種

6、系統稱為閉環控制系統。計算機控制系統由工業控制機和生產過程兩大部分組成。工業控制機硬件指計算機本身及外圍設備。硬件包括計算機、過程輸入輸出接口、人機接口、外部存儲器等。軟件系統是能完成各種功能計算機程序的總和，通常包括系統軟件跟應用軟件。具體如下：(a)硬件組成微型計算機控制系統的硬件一般是由微型計算機、外部設備、輸入輸出通道和操作臺等組成。(b)軟件組成：Ø 系統軟件：操作系統、編程語言等；Ø 應用軟件：過程輸入輸出模塊(A/D、D/A等)； 過程控制模塊(控制算法)； 輔助模塊(人機接口、打印顯示等)四、 計算機控制系統及其工業控制機的特點4.1計算機控制系統的特點（a

7、）結構上。計算機控制系統中除測量裝置、執行機構等常用的模擬部件之外，其執行控制功能的核心部件是數字計算機，所以計算機控制系統是模擬和數字部件的混合系統。（b）計算機控制系統中除仍有連續模擬信號之外，還有離散模擬、離散數字等多種信號形式。（c）由于計算機控制系統中了包含連續信號外，還包含有數字信號，從而使計算機控制系統與連續控制系統在本質上有許多不同，需采用專門的理論來分析和設計。（d）計算機控制系統中，修改一個控制規律，只需修改軟件，便于實現復雜的控制規律和對控制方案進行在線修改，使系統具有很大靈活性和適應性。（e）計算機控制系統中，由于計算機具有高速的運算能力，一個控制器（控制計算機）經?？?/p>

8、以采用分時控制的方式而同時控制多個回路 。（f）采用計算機控制，如分級計算機控制、離散控制系統、微機網絡等，便于實現控制與管理一體化，使工業企業的自動化程度進一步提高 。4.2 工業控制機的特點（a）安全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安全可靠放在首位。（b）作維護方便操作方便體現在操作簡單、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。既要體現操作的先進性，又要兼顧原有得操作習慣。維修方便體現在易于查找故障，易于排除故障。采用標準

9、的功能沒，模板式結構，便于更換故障模板。并在功能模板上安裝狀態指示燈 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。（c）實時性好工業控制機的實時性表現在對內部和外部事件能及時的響應，并做出響應的處理，不丟失信息，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。（d）通用性好工業控制計算機的通用靈活性體現在兩個方面，一是硬件模板設計采用標準總線結構，配置各種通用的功能模板

10、，以便在擴充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結構，用戶使用時不需要二次開發，只需按要求選擇各功能模塊，靈活地進行控制系統組態。（e）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。五、 計算機控制系統的應用5.1 直接數字控制系統（DDC）直接數字控制(Direct Digit Control)，簡稱為DDC系統，是用一臺計算機對被控參數進行檢測，再根據設定值和控制算法進行運算，然后輸出到執行機構對生產進行控制，使被控參數穩定在給定值上。

11、利用計算機的分時處理功能直接對多個控制回路實現多種形式控制的多功能數字控制系統。在這類系統中，計算機的輸出直接作用于控制對象，故稱直接數字控制，英文縮寫 DDC。直接數字控制系統是一種閉環控制系統。由一臺計算機通過多點巡回檢測裝置對過程參數進行采樣，并將采樣值與存于存儲器中的設定值進行比較，再根據兩者的差值和相應于指定控制規律的控制算法進行分析和計算，以形成所要求的控制信息,然后將其傳送給執行機構,用分時處理方式完成對多個單回路的各種控制（如比例積分微分、前饋、非線性、適應等控制）。直接數字控制系統具有在線實時控制、分時方式控制和靈活性、多功能性三個特點。DDC系統中的計算機完成閉環控制，它不

12、僅能完全取代模擬調節器，實現多回路的PID(比例積分微分)調節，而且不需改變硬件，只通過改變程序就能實現各種較復雜的控制，如前饋控制、非線性控制、自適應控制、最憂控制、模糊控制等。DDC系統是計算機用于工業生產過程控制的最典型的一種系統。它已廣泛應用于材料熱加工、化工、機械、冶金等部門。5.2 分布式控制系統（DCS）DCS是分布式控制系統的英文縮寫（Distributed Control System），在國內自控行業又稱之為集散控制系統。是相對于集中式控制系統而言的一種新型計算機控制系統，它是在集中式控制系統的基礎上發展、演變而來的。它是一個由過程控制級和過程監控級組成的以通信網絡為紐帶的

13、多級計算機系統，綜合了計算機，通信、顯示和控制等4C技術，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態方便。在特殊控制領域，如核電站控制系統，DCS的含義被誤叫做數字化控制系統（Digital control system），其實質仍為分布式操作系統。DCS特點如下：（a）高可靠性由于DCS將系統控制功能分散在各臺計算機上實現，系統結構采用容錯設計，因此某一臺計算機出現的故障不會導致系統其它功能的喪失。此外，由于系統中各臺計算機所承擔的任務比較單一，可以針對需要實現的功能采用具有特定結構和軟件的專用計算機，從而使系統中每臺計算機的可靠性也得到提高。（b）開放性DCS采用開放式、標

14、準化、模塊化和系列化設計，系統中各臺計算機采用局域網方式通信，實現信息傳輸，當需要改變或擴充系統功能時，可將新增計算機方便地連入系統通信網絡或從網絡中卸下，幾乎不影響系統其他計算機的工作。（c）靈活性通過組態軟件根據不同的流程應用對象進行軟硬件組態，即確定測量與控制信號及相互間連接關系、從控制算法庫選擇適用的控制規律以及從圖形庫調用基本圖形組成所需的各種監控和報警畫面，從而方便地構成所需的控制系統。（d）易于維護功能單一的小型或微型專用計算機，具有維護簡單、方便的特點，當某一局部或某個計算機出現故障時，可以在不影響整個系統運行的情況下在線更換，迅速排除故障。（e）協調性各工作站之間通過通信網絡

15、傳送各種數據，整個系統信息共享，協調工作，以完成控制系統的總體功能和優化處理。主要應用有：分散控制系統、流程工藝CIMS等。5.3 現場總線控制系統（FCS）現場總線控制系統，也就是FCS，是新一代分布式控制系統。該系統改進了DCS系統成本高，各廠商的產品通信標準不統一而造成不能互聯的弱點。現場總線控制系統的特點是現場總線控制系統具有較高的性能價格比。系統綜合成本及一次性安裝費用減少40%。由于導線、連接附件的大幅度的減少。使原來的幾百根，甚至幾千根控制電纜減少到一根總線電纜，從而也使接線端子、電纜橋架等附件大幅度的減少。所以設計、安裝、調試、維護的費用大幅度地減少，維護和改造的停工時間減少6

16、0%。原來繁瑣的原理圖、布線圖設計變得簡單易行；標準接插件快速、簡便的安裝，使人力、物力大量的減少；強大的故障診斷能力，使系統的調試和維護工作量大幅減少?，F場總線技術自推廣以來，已經在世界范圍內應用于工業控制的各個領域?，F場總線的技術推廣有了三、四年的時間，已經或正在應用于冶金、汽車制造、煙草機械、環境保護、石油化工、電力能源、紡織機械等各個行業。應用的總線協議主要包括PROFIBUS、DeviceNet、Foundation、Fieldbus、Interbus_S 等。 在汽車行業，現場總線控制技術應用的非常普遍，近兩年國內新的汽車生產線和舊的生產線的改造，大部分都采用了現場總線的控制技術。

17、國外設計的現場總線控制系統已應用很廣泛，從單機設備到整個生產線的輸送系統，全部采用現場總線的控制方法。而國內的應用仍大多集中生產線的輸送系統、隨著技術的不斷發展和觀念的更新必然會逐步擴展其應用領域。5.4 可編程控制器系統（PLC）PLC系統(Programmable Logic Controller)，可編程邏輯控制器，一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算，順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。是工業控制的核心部分。PLC的特點是：1、能夠設置不同

18、類型產品的工位數量及位置參數，并能夠在線監控運行過程；PLC控制圖片2、設備操作靈活方便，能夠實現啟動與暫停，自動與手動模式切換,計數與清零,氣缸下壓時間調整等；3、螺絲的自動排放，送料，固定，由機器一次性自動完成，不需人工輔助；4、高速的生產節拍，可實現單工位速度不低于 1-1.5 秒/件。定位精度高，位置誤差不大于 0.02 毫米。目前，PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業。六、 計算機控制系統的未來發展趨勢根據目前計算機控制技術的發展情況，展望未來，前景誘人。要發展計算機控制技術，必須對生產過程知識、檢測與測量技

19、術、計算機技術和控制理論等領域進行廣泛深入地研究。1. 推廣應用成熟的先進技術(1)普及應用可編程序控制器(PLC)近年來，由于開發了具有智能IO模塊的PLC，它可以將順序控制和過程控制結合起來，實現對生產過程的控制，并具有高可靠性。PLC與傳統的繼電器控制相比，具有如下一些特點：Ø 抗干擾能力強； Ø 適應性好；Ø 編程直觀、簡單； Ø 功能完善，接口功能強。  (2)廣泛使用智能調節器智能調節器是一種數字化的過程控制儀表，也稱可編程調節器。其外形類似于一般的盤裝儀表，而其內部是由微處理器CPU、存儲器 RAM、ROM、模擬量和數字量I/0 通道、電源等部分組成的一個微型計算機系統。 智能調節器可以接受和輸出420mA模擬量信號和開關量信號，同時還具有RS232或RS-485等