计算机控制技术的发展及应用
1 计算机控制系统概述
计算机控制，是关于将计算机技术应用于工农业 生产、国防等行业的一门综合性学科与技术。
计算机控制是以计算机、控制工程、电工电子学 和自动化仪表为基础的综合学科。
计算机控制系统简单地说就是以计算机替代了原 模拟控制系统的控制器（控制仪表）组成的自动控制 系统。但是这种取代决不是一种简单的替代而是一种 升华。
计算机控制系统的应用领域 计算机控制在工业自动化中起着举足轻重的作
用，在国内外已广泛应用于机械、冶金、石油、化 工、轻工、纺织、电力、电子、食品、交通等行业。 经验表明，80％以上的工业控制可以使用PLC来完 成。
这就意味着我们需要掌握一定的计算机控制技术。
1.1 计算机控制系统硬件组成
典型的计算机控制系统的硬件主要包括：计算机主机、过程 控制通道、操作控制台和常用的外设，如下图所示。
多路开关
检测元件
生产过程
这类控制系 统是计算机 通过过程控 制通道对工 业生产过程 进行在线实 时控制。
应用举例
水箱水位的手动控制：
观测实际水位，将实际水位 与要求的水位值相比较，得出两 者偏差。根据偏差的大小和方向 调节进水阀门的开度，即当实际 水位高于要求值时，关小进水阀 门开度，否则加大阀门开度以改 变进水量，从而改变水箱水位， 使之与要求值保持一致。
2 直接数字控制系统（Direct Digital Control）
直接数字系统是计算机控制系统的最基本形式，也是应用最多 的一类计算机控制系统。其一般结构如图所示：
操
作 台 级 处
过
计
程
生
算
控
产
机
制
过
理
通
程
设
道
备
图 直接数字控制系统
D/A 反多路开关
管理命令
报告
人工监管
给定值
测量值
DDC微型机 A/D
PLC对模拟信号的处理： －10V～10V→－32000～32000 0～10V → 0～32000 0～20mA →0～32000
水位信号可以由水位传感器测量得到，而模拟信号处理为数 字量可以由PLC的模拟通道转换实现。
我国：三维力控（ForceControl） 组态王 通用组态
现代化电站的集中控制室
1.2.3 计算机控制系统的发展方向
（1）在深度方面，则向高速度、智能化方向发展。 （2）在广度方面，向大系统或系统工程的方向发展，向管 理控制一体化的方向发展。从单一过程、单一对象的局部 控制，发展到对整个工厂、整个企业，甚至对社会经济、 国土利用、生态平衡、环境保护等大规模复杂对象和系统 进行综合控制。
在工业生产中计算机一般包括三种类型：单片机、 PLC、工业控制计算机。
可编程控制器
定义：可编程序逻辑控制器(Programmable [Logic] Controller)。简称为PLC, 是一种数字运算操作的电子系统， 专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器， 用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和 算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输 出，控制各种类型的机械或生产过程。
工业组态软件是指数据采集与过程控制的专用软件。它 们是在自动控制系统监控层一级的软件平台，容易实现和完 成监控层的各项功能。
世界上第一个把组态软件做为商品进行开发、销售 的专业软件公司是美国的Wonderware公司，它于80年代末 率先推出第一个商品化监控组态软件Intouch。此后组态软 件得到了迅猛的发展。目前世界上的组态软件有几十种之 多，国际上较知名的监控组态软件有：Fix，Intouch， Wincc，LabView，Citech等。
A/D
CPU
控
D/ALeabharlann 制对象MEM
D/I
（
系
统
D/O
）
主机
过程控制通 道
操作台（通讯）
图 典型的计算机控制系统的硬件组成框图
系统I/O卡件
FW351 标准信号输入卡 FW352 热电偶信号输入卡 FW353 热电阻信号输入卡 FW372 模拟量输出卡 FW366 开关量输入卡 FW367 开关量输出卡
水箱水位的自动控制
浮子：测量作用 连杆：比较作用 放大器、伺服电动机和减速器： 调节作用 阀门：执行元件作用
水箱水位的自动控制示意 图
当实际水位低于要求水位时，电位器输出电压值为正，且其大 小反映了实际水位与水位要求值的差值，放大器输出信号将有 正的变化，电动机带动减速器使阀门开度增加，直到实际水位 重新与水位要求值相等时为止。 水位自动控制的目的：使偏差消除或减小，使实际水位达到要 求的水位值。
1.2 计算机控制系统软件介绍
应用软件是用户根据控制对象、控制要求，为实现高效、 可靠、灵活的控制而自行编译的各种程序。它们包括：数据 采集、数字滤波、标度变换、键盘的处理、过程控制算法、 输出与控制等程序。
用于应用软件开发的程序设计语言，一般有：汇编、 C# 、C++、VB、VC 等。 目前也有一些专门用于控制的引 用组态软件，这些软件功能强，使用方便，组态灵活，具有 很强的应用前景。
手动控制与自动控制的比较：
脑 手
眼
控制器 执行器
给定
水位测 量与变 送
对应系统方框图:
人脑
手
h 水箱系统
眼
水箱水位手动控制系统方框图
控制器 执行器
h 水箱系统
传感器
水箱水位自动控制系统方框图
PLC系统示意图:
PLC
增加阀门
实际水位
开度信号 Q0.0
信号 AIW0
减小阀门 开度信号
Q0.1
水位信号：连续变化的，称之为 模拟信号；目前规范模拟信号标 准为电压－10V～10V，或0～ 10V，或4～20mA。
状态显示 存储器卡
通信口
顶部端子盖 电源及输出端子
前盖 方式开关、 电位器、扩展I/O连接
底部端子盖 输入端子、传感器电源
1993年中国PLC市场排行榜上的世界十大厂家
美国 A－B公司 （Allen－Bradley） 德国西门子公司（Siemens） 美国GE－Fanuc公司 美国的莫迪康（Modicon）和法国的TE电器公司 日本欧姆公司（OMRON） 日本三菱电机株式会社（MITSUBISHI） 日本富士电机株式会社（Fuji Electric） 日本东芝公司（TOSHIBA） 日本的光洋电子（KOYO）和中国的华光电子(CKE） 日本松下电工株式会社(MEW):Matsushita Electric Works Ltd）