计算机控制技术调研论文

计算机控制技术论文

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摘要： 计算机控制技术是一门由微机原理、控制理论、通信原理、软硬件开发技术等多学科专业知识交叉形成的综合性科学技术，自动化生产线是由自动化设备组合而成的能够自动完成产品制造的生产系统。将计算机控制技术应用于自动化生产线中不仅能够提高产品制造的质量和效率，而且能够提高自动化生产线的管理水平。因此，研究计算机控制技术在自动化生产线中的应用对于提高产品的制造管理水平有十分重要的意义。

关键词： 计算机控制技术；自动化生产线；自动化生产设备；自动控制系统；

1、 前言

随着计算机技术的不断发展和我国工业化进程的不断推进，制造装备的智能化水平不断提高，传统的制造行业正面临着新的发展机遇。将计算机控制技术应用于自动化生产线，提高了产品制造的自动化水平，不仅有利于提高产品的质量和制造效率，而且也有利于提高自动化生产线的管理水平。目前，为提高制造业的竞争力，世界各发达国家都越来越重视计算机控制技术在制造行业自动化生产线中的应用研究。针对这样的生产需求和技术现状，本文将主要研究计算机控制技术在自动化生产线中的应用。

2、计算机控制技术及自动化技术的基本概念

计算机控制技术是一门由微机理论、经典控制理论、现代控制理论、硬件开发技术、软件开发技术、通信原理、网络技术、系统工程等多个专业门类组合形成的综合性的交叉学科。典型的计算机控制系统一般以ISA/PCI总线工控机或IBM—PC微机作为控制核心，以各种输入输出装置、外部存储装置为外围电路，借助各种检测传感器和伺服电机等执行装置，最终实现对被控对象的控制功能。控制单元和被控对象之间可以通过电缆等有线方式传输信号，也可以通过无线电、红外线等无线信号实现信息交互。软件是计算机控制系统的重要组成部分，由底层系统软件和上层用于完成各种具体功能的应用软件组成。根据控制方式的不同，以计算机为核心的自动控制系统分为闭环控制系统和半闭环控制系统。闭环的计算机控制系统连续不间断的采集被控对象的状态信号，并以一定的方式进行数据处理，最终输出控制信号达到全自动的控制目的；半闭环的计算机控制系统在完成所采集数据的初步分析之后向操作者提供控制信息，由操作者作出最终决策。

最初自动化的概念是使用机器来代替人的具体劳动自动地实现工业生产作业，目前自动化概念已更加广义化，不单单是使用机器机械的代替人简单的体力劳动，还承担代替人完成全部或一部分的脑力劳动，从而达到全自动的完成指定的生产作业任务。从制造的角度而言，自动化技术涵盖代替人完成机械劳动、代替人完成全部或部分的脑力劳动、自动管理并优化整个机械制造系统三个层次的内容。自动化生产线是制造领域的概念，由传送系统和控制系统两大部分组成，控制一系列机床或其他生产设备按照制定的工艺步骤完成产品的全自动或半自动生产。自动化生产线的传送系统分为上下料设备、传送设备、储料设备，根据具体的生产任务选用具体的设备类型，以机加工生产线为例，一般由工件自检装置、自动换刀装置、自动冷却装置等组成。自动化生产线的控制系统不仅负责控制组成生产线的各部分协调工作，而且负责生产线故障的监测和排除。

3、计算机控制系统的应用类型和发展趋势

根据控制需求的不同，计算机控制系统分为数据采集系统、直接数字控制系统、监督控制系统、分级控制系统DCS、现场总线控制系统五种类型。数据采集系统是最初级的计算机控制系统，计算机在该系统中主要承担数据采集和数据处理任务，包括各种生产变量的实时检测、处理、记录和分析，并向操作者反馈处理结果，不承担生产线的自动控制功能。直接数字控制系统中的计算机直接控制被控对象，这种系统的特点是不直接处理模拟信号，而是将信号完成AD/DA转换后实现控制功能。监督控制系统在直接数字控制系统上集成了管理功能，是一种较高级的计算机控制系统。现场总线控制系统是一种分布式的控制系统，克服了以往分级控制系统DCS由于通信标准不统一而不能实现网络互连的问题。

计算机控制技术首先起源于上世纪四十年代美国福特公司未描述发动机工作的自动化需求，随着上世纪五六十年代经典控制理论和现代控制理论的发展，依次出现了以单变量和多变量为控制对象的自动控制系统，后来随着计算机技术、通信技术的发展，在以往自动控制系统的基础上形成了高级的计算机控制系统，能够完成生产过程的最优控制功能。现阶段，微机技术和电子技术仍然保持着高速发展态势，计算机的控制性能每两年就能增加一个数量级。目前的计算机控制技术正在向智能化、网络化和高度集成化方向发展，低成本的工控机将成为工业领域计算机控制系统的核心，DCS系统将向小型化、多样化的方向发展，现场总线仍将是计算机控制系统在将来一段时间内最有前途的发展方向之一。

4、计算机控制技术在自动化生产线中的应用

在机械制造领域，将计算机控制技术应用于自动化生产线中形成柔性制造系统。柔性制造系统是基于机械自动化和计算机控制技术发展而来的一种自动化程度很高的机械制造系统，与一般的自动化生产线类似，也由上层控制单元、物料搬运单元、与生产相关的数控加工装置构成，是机械自动化技术在机械制造领域的一种应用。柔性制造系统的突出的优点是可以根据外部生产环境的变化实现有针对性的自动调整，此外，也能根据客户的独特需求灵活调整生产线各部分的组成，以达到为客户提供个性化产品制造服务的目的。柔性制造系统特别适合用于机械产品的多品种、小批量生产。柔性自动生产线是柔性制造系统的'一种具体形式，不仅包括普通的数控机床和CNC加工中心，还包括专用机床和自动运输装置。

现场总线是近些年来发展起来的一种计算机控制技术，在自动化生产线中承担数据通信功能，是当今自动化生产线广泛采用的一种通信形式。现场总线技术在自动化生产线的各测量仪器仪表中植入微型处理器，利用双绞线或无线电将所有设备连接形成网络系统，每个设备作为整个通信网络的一个节点，所有生产设备遵循统一的通信协议，实现数据的实时采集和处理。现场总线在各设备之间的通信和信息实时显示方面具有较大的优势，便于实现分散控制，具有灵活性和开放性，能将新加入到生产线中的设备通过预留的通信接口集成到整个通信网络之中。现场总线也有很强的互用性，来自不同制造商的性能相似的生产设备能够互相替换。此外，现场总线还具备很强的功能自治性，在现场总线的作用下，计算机能够实时预测和分析自动化生产线的故障，并及时做出具有针对性的应对决策。

在计算机集成制造系统CIMS方面，计算机控制技术不仅具备一般自动化生产线的技术功能，还具备经营功能。计算机集成制造系统CIMS将信息管理技术融入到柔性制造系统之中，不仅包括传统的自动制造单元、数据通讯单元，还集成了信息管理单元、工程设计单元、质量保证单元和数据库单元。计算机集成制造系统是一种高级的自动化生产线，把整个产品制造流程视为一个统一的整体，把产品制造所涉及的生产者、制造技术、经营理念三个要素和信息流和物质流相统一，最终实现提高产品质量、降低制造投入、提高制造效率的目的。计算机集成制造系统CIMS实现了生产过程控制和生产管理的有机结合，实现了生产制造的精密化、设备管理的信息化和生产制造的自动化，有利于实现工厂和企业的全面自动化管理，是一种十分有发展潜力的自动化生产线。

5、结论与展望

综上所述，将计算机控制技术应用在自动化生产线中有助于提高我国制造业的生产管理水平。本文在介绍计算机控制技术及自动化技术的基本概念，概述了计算机控制系统的应用类型，并简要介绍了计算机控制技术的发展趋势，最后以柔性制造系统、计算机集成制造系统和现场总线为例重点介绍了计算机控制技术在自动化生产线中的具体应用，对计算机控制技术在制造业中的进一步普及和自动化生产线自动化水平的提高可以起到一定的促进作用。

参考文献

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[5]马勇.计算机控制系统在自动化生产线上的应用[J].自动化与仪器仪表,2014(03):72-73+78.

摘要： 计算机控制即是用计算机对一个动态目标或进程进行控制。在计算机控制体系中，用计算机替代自动控制体系中的惯例控制设备，对动态体系进行调理和控制，这是对自动控制体系所运用的技术装备的一种改造。这篇文章的首要意图即是在剖析计算机控制技术原理的一起，对计算机控制体系的展开趋势进行描述。

关键字 ：规划进程；计算机控制技术；技术关键

导言

计算机控制即是用计算机对一个动态目标或进程进行控制。在计算机控制体系中，用计算机替代自动控制体系中的惯例控制设备，对动态体系进行调理和控制，这是对自动控制体系所运用的技术装备的一种改造。这一改造，改动了自动控制体系的构造，也导致对这类体系的剖析和规划发作较多的改动。在开端介绍计算机控制体系之后，别离介绍计算机控制技术的特色和底子规划进程。

1、计算机控制体系的规划进程

计算机控制体系的软、硬件构造将依据不一样的目标有所不一样，但体系规划的进程大体上相同，通常包含以下几方面。

体系的整体计划规划

依据体系规划使命书进行整体计划规划。挑选体系的软、硬件构成方法依据体系的报价和时刻请求，挑选恰当的方法构成体系。在时刻请求比较紧的状况下，尽量选购现成的软、硬件体系进行组合；而在经费紧张的状况下可以思考自个规划电路模块。值得注意的是，软、硬件作业份额的区分也将对体系的报价和完结时刻产生首要的影响。体系的整体计划规划大约包含挑选微处理器、断定存储器容量、挑选外围接口电路、挑选传感器、挑选软件开发环境、硬件规划及调试六个底子内容。

断定控制使命

进行体系规划之前，首要要对控制目标进行深化调查、剖析，熟悉技术流程，了解详细的控制请求，断定体系所要完结的使命，包含体系要完结的功用、控制速度、控制精度、现场环境、完结规划的时刻请求等。依据这些使命写好规划使命说明书，作为全部控制体系规划的依据。

软件规划

软件规划要依据体系总的规划请求，断定软件所要完结的各种功用及完结这些功用的逻辑和时序联络，并用软件流程图表述出来。按软件流程图中不一样的功用，别离规划相应的软件功用模块。如模仿量输入模块、模仿量输出模块、数据处理模块、通讯模块和键盘处理模块等。每一种模块都可以单独进行调试，各种模块别离调试好后，再按流程图逻辑和时序联络将他们准确组合、衔接、调试。

现场装置调试

首要要按技术流程图将体系准确装置，然后对体系进行粗调和准确调试，依据实际目标断定各种控制参数，调整显现值或保留数据等。硬件调试和软件调试都可以在实验室环境下用对现场状况进行模仿的方法进行，并进行必要的联合调试作业，半什物仿真是体系调试的虽要根底，而终究的体系级调试要在现场完结。

2、概述计算机控制体系

计算机控制体系的构成是由硬件和软件两大有些构成。而一个完好的计算机控制体系应由下列几有些构成：被控目标、主机、外部设备、外围设备、自动化外表和软件体系。

硬件有些

硬件有些用于通常数值计算和信息处理的计算机称为通用计算机（简韵；通用机）。用于工业出产进程控制的计算机称为工业控制计算机（简称控制机）。通用机由主机和外部设备构成，主机包含运算器、控制器和主存贮器（俗称内存贮器）；外部设备包含输入设备、输出设备和外部存贮器，如键盘、CRT显现器、打印机、磁带和磁盘等，起着人机联络和拓展主机存贮才干的作用。它们是主机正常作业和大家运用主机所必需的设备。通用机首要是同运用机器的人交流信息，控制机除了同人交流信息外，要自动地控制出产进程，它还有必要与被控制的目标直接交流信息。这是控制机与通用机底子不一样的当地。为此，控制机有必要具有直接从出产进程获取信息，经过主机加工处理后，把控制信息馈送给出产进程的才干。这种才干表如今主机与被控目标之间直接进行信息的改换和传递上，具有这种才干的设备称为出产进程通道。相对于外部设备，通常把出产进程通道称为主机的外围设备。因而，可以简单地说，通用计算机由主机和外部设备构成；控制计算机由通用计算机与外围设备构成。

软件有些

软件体系是控制机不行缺少的首要构成有些。只要在恰当的软件体系支持下，控制视才干按规划的请求正常地作业。控制机的软件体系包含体系软件和使用软件两大类。体系软件是用于计算机体系内部的各种资源办理、信息处理对外进行联络及供给效劳的软件。例如操作体系、监控程序、言语加工体系和确诊程序等。使用软件是用来使被控目标正常运转的控制程序、控制战略及其相应的效劳程序。例如进程监督程序、进程控制程序和共用效劳程序等。使用软件是在体系软件的支持下编制完结的，它随被控目标的特性和控制请求不一样而异。通常使用软件由用户依据需要自行开发。跟着计算机进程控制技术的日趋成熟，使用软件正向规范化、模块化的方向展开。规范的底子控制模块由制作厂家供给给用户，用户只需依据控制的请求，经过简单的组态进程即可生成满意详细请求的专用使用软件，大大方便了用户，缩短了使用软件的开发周期。进步了使用软件的可靠性。

3、计算机控制体系的特色

由于计算机自身的特色，计算机控制体系与通常惯例的调理体系比较，具有以下特色。精度高：经过多字长的数值运算，可以完结惯例调理器难以到达的控制精度，而且不存在零点漂移、热噪声及元件老化对控制精度的影响。计算机具有分时处理才干。一台计算机（严厉说是一个CPU）可以对多个控制回路进行控制。

计算机具有很强的储存和逻辑判别才干，可以依据出产环境的改动，及时作出判别，挑选最合理的控制对策；可以完结杂乱的控制规则，以到达抱负的控制作用。运用方便灵敏。计算机的控制功用是经过硬件和软件一起完结的。在不添加硬件的状况下，可以经过修改软件来改动控制计划和控制机的功用。计算机除了能完结控制功用以外，还可以一起完结对出产进程的办理，如出产计划调度，经济计算等。

4、计算机控制体系的展开趋势

DCS和工业控制计算机技术正在彼此浸透展开，并扩展各自的使用领域。本来通常流程工业的控制多选用集散型控制体系（DCS），离散型制作业的控制多采用可编程控制器（PLC）。跟着DCS和PLC彼此浸透展开继而扩展自个的使用领域，将呈现DCS和PLC融合于一体的集成进程控制体系。工业控制网络将向有线和无线相联系的方向展开。计算机网络技术、无线技术以及智能传感器技术的联系，产生了根据无线技术的网络化智能传感器。这种根据无线技术的网络化智能传感器使得工业现场的数据可以经过无线链路直接在网络上传输、发布和同享。工业控制软件己向组态化方向展开，工业控制软件首要包含人机界面软件、控制软件以及出产办理软件等。

结束语

跟着计算机技术的展开，计算机控制越来越深化地浸透于出产当中。因而，规划一个功能杰出的计算机控制体系是非常首要的。计算机控制体系包含硬件、软件和控制算法3个方面，一个完好的规划还需要思考体系的抗干扰功能，使体系能长时间有效地运转。在综述有些对计算机控制技术的展开方向进行展望。

这些年我国在控制规则、控制计划、施行技术以及大规模的集中控制方面，有必定数量的成功典型，经济效益也比较显著。这些年，还开端运用数学模型方法，探讨和推广现代控制理论在化工进程控制中的使用，联系微型计算机的推广使用，不少项目展开了计算机控制和调度办理的研讨，使出产的技术水平和经济效益都有较大的进步。

参考文献

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[3]顾德英.计算机控制技术与体系[M].北京：邮电大学出版社，2007.

摘要： 着重从计算机与自动控制理论各自发展及相互使用的角度，概括了计算机控制技术发展的背景，现状及发展。

1、计算机控制技术概述

计算机控制技术是在计算机技术和自动控制技术的大力发展基础上形成的，计算机控制的经典控制理论已经比较成熟，在农业生产、交通运输等各个领域中发挥了重要的作用。计算机控制系统的核心是实现生产过程的自动化控制，是以计算机技术为核心的自动控制系统。这种计算机控制系统具有独特的科技优势，可以完成许多采用常规控制技术无法实现的生产任务，获得日常控制技术无法完成的生产目标。一个完整的计算机控制技术，通常包括监控系统和过程对象两部分内容。计算机控制技术所依赖的监控系统主要由软硬件设备组成，硬件有主机、通讯设备等，而软件则是应用软件和系统软件。

以计算机控制技术所构成的计算机控制系统，通过包括操作指导型控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统等内容。鉴于计算机的特殊特点，计算机控制系统与常规的调节系统有着明显的差异，主要表现在三个方面：一是控制的精度较高，比如计算机可以通过数值运算，完成常规调节器所无法完成的控制精度，而且这种精度是具有较小的偏差，不存在零点漂移、热噪声及元件老化对控制精度的影响。二是计算机的分时控制能力，比如计算机控制技术依靠计算机的强大存贮能力和判断能力，可以根据控制环境的变化，对各种情况进行及时分析和判断，做出最佳的控制决策，也可以实现复杂的控制规律，以达到理想的控制效果。最后是计算机控制技术的使用很方便，计算机控制技术依靠系统软件和应用软件来实现主要的控制目标，因此可以通过改变软件的编程，来实现对不同控制方案的调整。还可以根据生产环境的变化，对系统软件进行相应的设计和调整，来应对各种复杂多变的生产环境。但是，不可否认，计算机控制技术也有它的局限性，比如计算机控制技术完成比较复杂的控制系统时比较困难，尤其是需要采用复杂的计算法，而这在实现上就遇到了相当的困难，有些时候无法满足系统的运行要求。

2、 计算机控制技术的新发展

本文对计算机控制技术新发展的阐述主要有三个方向，一是分析集散控制系统（DCS）的新发展，二是总结可编程序控制器（PLC）的新发展，三是展望计算机控制系统的新趋势，具体内容阐述如下。

集散控制系统（DCS）的新发展

集散控制系统是以单片微机技术为载体，全面运用了数据通信、图像显示、计算机技术和过程控制等高科技技术，主要使用了分布式控制思路，重点解决了信息集中管理和生产过程分散控制的有机整合问题。在提高产量、保障质量、降低能耗和控制成本等方面发挥了重要的作用。国外许多大型综合控制系统都用了DCS，比如美国西屋公司生产的WDPFI型系统。集散控制系统的控制方法主要包括参数预估控制、解藕控制、非线性控制、自适应及自学习控制等。另一方面的应用是工厂综合自动化TFA。重点解决办公室自动化的网络构成系统，利用同轴电缆连接，使生产过程综合自动化的动态和静态指标长期在最佳状态下运行。此外还有一种新的发展方向是计算机综合生产系统CIM。

可编程序控制器（PLC）的新发展

可编程序控制器的核心是微处理器，是主要用于过程控制的专用微机系统，同时作为一种自动化装置，也可以用于生产过程控制。可编程序控制器在一定程度上替代了传统继电器来实现开关量的控制，比如有输入和输出，定时及计数等控制。所使用的控制信号既可以是按钮、无触点开关、行程开关或其它敏感元件等，也可以用于驱动电磁闷、步进电机等各种执行机构。由于CIM、工程自动化、过程控制等大系统和复杂系统的应用要求，可编程序控制器（PLC）的新发展主要有以下几个特点，一是大容量、高速度、高功能；二是网络化和具有通信功能；三是编程语言的多样化，也就是在重点发展SFC的基础上，更多地使用C、BASIC等高级语言编程及采用多种语言联合编程。

计算机控制系统的新趋势

集散控制系统和可编程序控制器的计算机控制技术不断丰富着自己的使用领域，同时也在一定程度上实现了相互渗透发展，提高了两者的整合特性。原来一般流程工业的控制多选用集散型控制系统（DCS），离散型制造业的控制多采用可编程控制器（PLC）。随着DCS和PLC相互渗透发展继而扩大自己的应用领域，将出现DCS和PLC融合于一体的集成过程控制系统。随着计算机技术的不断更新和发展，我们也在研究一些具有自主知识产权的计算机控制系统应用软件，建立先进的监控软件平台，优化现有的控制软件等。按照计算机技术在控制系统中的功能和目的分析，未来计算机控制系统的重点方向就包括操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督计算机控制系统、分级计算机控制系统等。