计算机控制系统的应用及发展
  第一章  计算机过程控制系统的应用与开展
在石油、化工、冶金、电力、轻工和建材等工业生产中连续的或按一定程序周期进行的生产过程的自动控制称为生产过程自动化。生产过程自动化是保持生产稳定、降低消耗、降低本钱、改善劳动条件、促进文明生产、保证生产平安和提高劳动生产率的重要手段，是20世纪科学与技术进步的特征，是工业现代化的标志。但凡采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制就称为过程控制。过程控制系统可以分为常规仪表过程控制系统与计算机过程控制系统两大类。随着工业生产规模走向大型化、复杂化、精细化、批量化，靠仪表控制系统已很难到达生产和管理要求，计算机过程控制系统是近几十年开展起来的以计算机为核心的控制系统。
1.1  计算机过程控制系统的开展回忆
世界上第一台电子数字计算机于19461959年世界上第一台过程控制计算机TRW-300
回忆工业过程的计算机控制历史，经历了以下几个8寸期：
(1)起步时期(20世纪50年代)。20世纪50年代中期，有人开始研究将计算机用于工业过程控制。
(2)试验时期(20世纪60年代)。1962年，英国的帝国化学工业公司利用计算机完全代替了原来的模拟控制。
(3)推广时期(20世纪70年代 。随着大规模集成电路(LSI)技术的开展，1972年生产出了微型计算机(mi—erocomputer)。其最大优点是运算速度快，可靠性高，价格廉价和体积小。
(4)成熟时期(20世纪80年代)。随着超大规模集成电路(VLSI)技术的飞速开展，使得计算机向着超小型化、软件固定化和控制智能化方向开展。80年代末，又推出了具有计算机辅助设计(CAD)、专家系统、控计算机功耗N*0管理融为一体的新型集散控制系统。(5)进一步开展时期(20世纪90年代)。在计算机控制系统进一步完善应用更加普及，价格不断下降的同时，功能却更加丰富，性能变得更加可靠。
1.2  计算机过程控制系统的分类
计算机控制系统的应用领域非常厂泛，计算机可以控制单个电机、阀门，也可以控制管理整个工厂企业；控制方式可以是单回路控制，也可以是复杂的多变量解耦控制、自适应控制、最优控制乃至智能控制。因而，它的分类方法也是多样的，可以按照被控参数、设定值的形
式进行分类，也可以按照控制装置结构类型、被控对象的特点和要求及控制功能的类型进行分类，还可以按照系统功能、控制规律和控制方式进行分类。常用的是按照系统功能分类。
分为以下几类：
〔1〕基于PC总线的板卡与工控机的计算机控制系统：是一个典型的DDC控制系统
〔2〕基于数字调节器的计算机控制系统：
〔3〕基于PLC的计算机控制系统：
      PLC是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物,是一种进行数字运算的电子系统，是能直接应用于工业环境下的特殊计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并具有较强的驱动能力，能够较好地解决工业控制领域中普遍关心的可靠、平安、灵活、方便、经济等问题。
〔4〕基于嵌入式系统的计算机控制系统
      嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为根底，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、本钱、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。
〔5〕集散控制系统〔DCS〕
  为满足大型工业生产要求，以微型计算机为根底，从综合自动化的角度，按分散控制、集中操作、综合管理和分而自治的设计原那么而设计的一种集散型综合控制系统，广泛用于模拟量回路控制较多的行业，尽量将控制所造成的危险性分散，而将管理和显示功能集中。
  
〔6〕现场总线控制系统〔FCS〕
   FCS〔Fieldbus Control System〕是一种以现场总线为根底的分布式网络自动化系统，它既是现场通信网络系统，也是现场自动化系统。
   
〔7〕计算机集成制造/过程系统〔CIMS/CIPS〕
2〕整个生产过程的实质是一个数据的采集、传递和加工处理的过程，最终形成的产品可以看作是“数据〞的物质表现。
它是
1.3  计算机过程控制系统国内外应用状况
20世纪80Honeywell公司的TDC一3000，Foxboro公司的VAS，Bailey公司的INn一9o，日本横河公司的CENTRUM— XL，英国Oxford Automation公司的SYSTEM一86，德国Siemens公司的TELEPERM系统等等。这些都属于第三代DCS，控制点可到达一万点以上，系统结构接近标准化，采用局域网技术。它的主要改变是在局域网络方面，采用了符合国际标准化组织ISO的OSI开放系统互连的参考模型。因此，在符合开放系统的各制造厂商产品间可以互相连接、互相通讯和进行数据交换，第三方的应用软件也能在系统中应用，从而使集散控制系统进入了更高的阶段。在2o世纪9o年代初，随着对控制和管理要求的不断提高，第四代集散控制系统以管控一体化的形式出现。它在硬件上采用了开放的工作站，使用mSc替代CISC，采用了客户机／效劳器(Client／Server)的结构。在网络结构上增加了工厂信息网(Intranet)，并可与国际信息网(In．temeO 联网。在软件上那么采用UNIX系统和X—Windows的图形用户界面，系统的软件更丰富。同时，在制造业，计算机集成制造系统(CIMS)得到了应用，使人们看到了应用信息管理系统的经济效益。随着现场总线技术的出现，
在世界上引起了广泛重视，各大仪表制造厂商纷纷在自己的DCS系统中融7、现场总线技术，推出现场总线控制系统及相应的现场总线仪表装置。第四代集散控制系统的典型产品有Honeywell公司的TPS控制系统，横河公司CENTE R— CS控制系统，Foxboro公司l／AS 50／51系列控制系统，ABB公司Advant系列OCS开放控制系统等。这—代集散控制系统主要是为解决DCS系统的集中管理而研制，它们在信息的管理、通讯等方面提供了综合的解决方案。
1.4  计算机过程控制系统的开展趋势
(1)大力推广应用成熟的先进技术。普及应用具有智能VO模块的、功能强、可靠性高的可编程控制器(PLC)，广泛使用智能化调节器，采用以位总线(Bitbus)、现场总线(Fieldbus)技术等先进网络通讯技术为根底的新型DCS和FCS控制系统。
(2)大力研究和开展智能控制系统。智能控制是一种无需人的干预就能够自主地驱动智能机器实现其目标的过程，也是用机器模拟人类智能的又一重要领域。智能控制系统的类型主要包括：分级梯阶智能控制系统、模糊控制系统、专家控制系统、学习控制系统、人工神经网络控制系统和基于规那么的仿人工智能控制系统等。
(3)控制与管理结合，向低本钱自动化(1ow CostAutomation，LCA)方向开展。LCA是一种以现代技术实现常规自动化系统中的主要的、关键的功能，而投资较低的自动化系统。在DCS和FCS的根底上，采用先进的控制策略，将生产过程控制任务和企业管理任务共同兼顾，构成计算机集成控制系统(ciPs)，可实现低本钱综合自动化系统的方向开展。
总之，由于计算机过程控制在控制、管理功能、经济效益等方面的显著优点，使之在石油、化工、冶金、航天、电力、纺织、印刷、医药、食品等众多工业领域中得到广泛的应用。计算机控制系统将会随着计算机软硬件技术、控制技术和通讯技术的进一步开展而得到更大的开展，并深入到生产的各部门。
第二章  国内油田计算机控制系统应用软件现状及开展趋势
最近lO年来，随着计算机技术和大规模集成电路技术的飞速开展，特别是WINDOWS平台的出现、成熟和壮大．在该平台上涌现出许多优秀的应用软件。根据油田工艺过程和生产特点，国内油田控制系统的操作平台．大局部采用DOS或WINDOWS。近几年来，随着WINDOWS的大规模普及和性能的不断完善．已被大局部软件开发商认同。原先基于DOS的开发商逐渐在向WINDOWS转移。油田控制系统的硬件主要分为三大类：第一类是基于工业
PC总线的控制系统；第二类是基于各种可编程逻辑控制器，简称PLC；第三类是中小型的DCS控制系统。下面基于以上三类主要硬件控制系统，简单介绍相应应用软件的现状及开展趋势
2.1  基于PC总线的控制系统应用软件
PC 总线是较早成功运用在油田的控制系统，相应的应用软件的种类很多，主要分为两类：通用的开发软件和专用的工控组态软件。通用的开发软件工具包括： 汇编语言、C、BASIC等．用于DOS平台，汇编语言主要用于硬件ItO的输入、输出和有特殊要求的编程；BORLANDc+ +、MC++、VB、DELPHI等， 用于WIND0WS平台。在DOS平台上．应用软件通常是把用户的源代码和硬件供货商提供的I／O驱动代码(一般是源代码方式或OBJ)WIND—IWS平台上，硬件供货商提高了IlO板的各种驱动程序．如源代码、0BJl6位或32位的DLL、以及提供VB和DELPHI直接使用OCX控件等 这样，开发者直接利用WINDOWS提供的良好人机界面和易于使用的驱动程序，如DLL和OCX控件。该方式的优点是开发效率高，特别是适合应用在有特殊控制算法和要求．且控制点较少的场合；缺点是当要求管理较大规模的数据量时，编程、维护和移植效率降低。
2.2  基于各种PLC控制系统的应用软件
PLC因其卓越的性能价格比在油田控制系统得到大规模的应用，如MODICON、SIEMENS、OM．RON、GE FANUC、AB等。使用PLC构成控制系统，一般涉及两套应用软件，即上位机软件和下位机软件。下位机软件一般与PLC硬件对应，不同的PLC有不同的下位机软件。通常使用一种叫梯形图的控制软件。例如，对于OMRON PLC，使用下位机软件为LSS (LADDER SuRPPORT S0兀wARE)； 对于GE GANUC PLC，使用的软件为LMgO (LOGICMAS．TER 90)；对于MODICON，使用的软件为M0DS0FT或CONCEPT；对于SIEMENS PLC，使用的软件为STEP'／等等。这些软件功能大同小异，一般均具有开关量的逻辑控制功能，如LD、OUT、AND、OR、DIFI~I、DIFD、COUNTE R和TIMER等等，其数学运算能力因CPU的能力不同雨不同。对于较复杂的顺序控制，可使用一种顺序功能图的开发组态软件SFC (Sequential Function Chart)或功能块图FBD(Function Block Diagram)。例如，GE GANUC和SIE—MENS公司都提供了顺序功能图SFC的可选软件包，MODICON公司的CONCEPT软件那么全部提供了SFC和FBD的功能。

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