計算機控制系統(tǒng)論文
計算機控制系統(tǒng)包括硬件、軟件和控制算法3個方面,一個完整的設(shè)計還需要考慮系統(tǒng)的抗干擾性能,使系統(tǒng)能長期有效地運行。下面是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的計算機控制系統(tǒng)論文，供大家參考。
計算機控制系統(tǒng)論文篇一
《 計算機控制系統(tǒng)進展研究 》
摘要:本文簡要介紹了計算機控制系統(tǒng)(CCS)硬件以及軟件方面的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞:計算機控制系統(tǒng);現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢
1引言
計算機控制系統(tǒng)(Computer Control System，簡稱CCS)是應(yīng)用計算機參與控制并借助一些輔助部件與被控對象相聯(lián)系，以獲得一定控制目的而構(gòu)成的系統(tǒng)。在CCS問世之前，工業(yè)生產(chǎn)中的動態(tài)系統(tǒng)的控制和調(diào)節(jié)是由自動控制中常規(guī)控制設(shè)備完成的，但在CCS中，動態(tài)系統(tǒng)的控制和調(diào)節(jié)是由數(shù)字計算機完成。由于數(shù)字計算機具有傳送、采集、存貯、處理大量數(shù)據(jù)的能力，同時它集最新的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和控制技術(shù)于一身，從而使自動控制系統(tǒng)有了質(zhì)的飛躍。目前，CCS在現(xiàn)代化工業(yè)控制系統(tǒng)中扮演者越來越重要的角色。
2 CCS的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀
計算機控制系統(tǒng)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，下面對CCS的硬件部分和軟件部分的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀簡要介紹一下。
2.1 CCS的的硬件類型和現(xiàn)狀[1-2]
(1)60年代末，由于生產(chǎn)控制自動化的需要，出現(xiàn)了集中控制系統(tǒng)。在集中控制系統(tǒng)中，計算機開始發(fā)揮它的控制功能，它能夠計直接根據(jù)給定值、過程變量和過程中其它的測量值,通過PID運算,實現(xiàn)對執(zhí)行機構(gòu)的控制,以使被控量達到理想的工作狀態(tài)，這種控制系統(tǒng)即常說的直接數(shù)字控制(DDC)系統(tǒng)[3]。DDC控制系統(tǒng)具有以下三個方面的優(yōu)點：(1)能夠行使更復(fù)雜的控制功能;(2)控制功能的靈活性大大提高;(3)具有豐富的顯示和數(shù)據(jù)處理功能。但是這種系統(tǒng)也有一個非常大的缺點，那就是由于系統(tǒng)是由一臺計算機控制，一旦出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)就會停止運行，造成十分嚴(yán)重的后果。它的這個缺點也限制了其進一步的推廣應(yīng)用。
(2)70年代，大規(guī)模集成電路開始廣泛應(yīng)用，這為集散控制系統(tǒng)的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。在1975年，美國Honeywell公司首先推出了以微處理器為基礎(chǔ)的TDC-2000型總體分散型控制系統(tǒng),也叫做集散控制(DCS)系統(tǒng)。DCS是以微處理器為基礎(chǔ)的對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的集中分散控制系統(tǒng)。DCS的出現(xiàn)在控制系統(tǒng)的變革中具有里程碑式的意義，它具有以下優(yōu)點：(1)系統(tǒng)構(gòu)成靈活;(2)操作管理便捷;(3)控制功能豐富;(4)信息資源共享;(5)安裝、調(diào)試方便;(6)安全可靠性高。正是因為DCS具有上述的優(yōu)點，所以在工業(yè)自動化生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。
(3)隨著微處理器的發(fā)展,20世紀(jì)80年代出現(xiàn)了品種繁多的高智能化的單/多回路調(diào)節(jié)器，SCC系統(tǒng)是四川儀表十八廠消化吸收國外技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)的小型分散系統(tǒng),并于1991年投入使用,該系統(tǒng)價格低廉,但在通訊距離和實時性方面有待改善。以單/多回路調(diào)節(jié)器為基礎(chǔ)的計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)具有高可靠性,即使計算機發(fā)生故障,各個回路調(diào)節(jié)器仍然可不受影響而獨立工作,不會影響生產(chǎn)。
(4)在20世紀(jì)90年代，隨著現(xiàn)場總線技術(shù)與智能儀表管控一體化(儀表調(diào)校、控制組態(tài)、診斷、報警、記錄)的發(fā)展，這種開放型的工廠底層控制網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造了新一代的網(wǎng)絡(luò)集成式全分布計算機控制系統(tǒng)，即現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)。FCS具有以下技術(shù)特點：1.系統(tǒng)的開放性;2.互可操作性與可用性;3.現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性;4.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性;5.對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性。現(xiàn)場總線系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線作為系統(tǒng)的底層控制網(wǎng)絡(luò)，溝通生產(chǎn)過程中現(xiàn)場儀表、控制設(shè)備以及更高控制管理層次之間的聯(lián)系，相互之間可以直接進行數(shù)字通信。作為新一代的控制系統(tǒng)，一方面FCS突破了DCS采用專用通信網(wǎng)絡(luò)的局限，采用了給予開放式、標(biāo)準(zhǔn)化的通信技術(shù);另一方面FCS進一步變革了DCS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，形成了全分布式的系統(tǒng)構(gòu)架，把控制功能徹底下放到現(xiàn)場。FCS被稱為21世紀(jì)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。
2.2 CCS的的軟件類型和現(xiàn)狀[4-6]
計算機控制系統(tǒng)軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件一般包括操作系統(tǒng)、語言處理程序和服務(wù)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(yīng)用軟件是為實現(xiàn)特定控制目的而編制的專用程序，如數(shù)據(jù)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(tǒng)的專業(yè)人員自行編制。下面重點介紹一下應(yīng)用軟件。
(1)基于PC總線的控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件
這是一類在工業(yè)生產(chǎn)中運用較早的控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件，其相應(yīng)的軟件分為通用的開發(fā)軟件和專用的工控組態(tài)軟件。通用的開發(fā)軟件工具數(shù)量較多，包括:BORLAND、C++,M C++,VB和DELPH I等,用于W INDOW S平臺。而專用的工控組態(tài)軟件數(shù)量卻不多，主要是因為開發(fā)這樣的軟件投資較大。
(2)基于各種PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件
這類控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件具有卓越的性價比，因此在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用。在使用該系統(tǒng)時需要兩套相應(yīng)的軟件：上位機軟件和下位機軟件。上位機軟件種類很多,如INTELLUTION FIX、INTOUCH等,這些軟件可以在多種不同的PLC產(chǎn)品中應(yīng)用。下位機軟件一般與PLC硬件對應(yīng),不同的PLC有不同的下位機軟件。通常使用一種叫梯形圖的控制軟件。
(3)DCS控制系統(tǒng)組態(tài)軟件[7]
目前，市場上應(yīng)用的DCS控制系統(tǒng)組態(tài)軟件主要是由Honeywel公司和英國歐陸生產(chǎn)。這類軟件具有強大的組態(tài)功能,如SFC,FBD和梯形圖軟件。最重要是,其均有1個上下位機統(tǒng)一的數(shù)據(jù)表,因此可根據(jù)不同的控制要求,采用最合適的組態(tài)編程方式,而變量可在不同的組態(tài)編程環(huán)境中直接引用,使用起來非常方便。
3.CCS的發(fā)展趨勢
進入21世紀(jì)，由于計算機硬件和軟件技術(shù)的迅猛發(fā)展，CCS也出現(xiàn)了新的發(fā)展方向，其主要表現(xiàn)在以下兩個方面：
(1)控制系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展
現(xiàn)場級網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成功的將所有的網(wǎng)絡(luò)接口移到了各種儀表單元，使儀表單元均具有了直接的通訊功能，這就使得網(wǎng)絡(luò)延伸到控制系統(tǒng)的末端。在原有控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，結(jié)合這一網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，就實現(xiàn)了完成最基本控制任務(wù)的底層到完成優(yōu)化調(diào)度工作的最高層的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化連接。
(2)控制系統(tǒng)走向系統(tǒng)扁平化
現(xiàn)場級網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展使每個網(wǎng)端可以容納不同回路系統(tǒng)的現(xiàn)場級設(shè)備和儀表單元,同時，不同的網(wǎng)端還可以通過網(wǎng)橋相互連接,這樣就大大提高了現(xiàn)場級網(wǎng)絡(luò)的連接能力，從而使計算機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯變化,逐步形成兩層網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。上層負(fù)責(zé)完成高層管理功能, 底層負(fù)責(zé)完成所有具體的控制任務(wù),這樣的系統(tǒng)簡化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和層次,縮短了上層控制任務(wù)到下層單元實施過程,實現(xiàn)了較大規(guī)模的信息交換公共平臺,加強了上層子系統(tǒng)與下層子系統(tǒng)或單元之間的聯(lián)系。
綜上所述,由于計算機技術(shù)硬件技術(shù)和軟件技術(shù)的發(fā)展，使得計算機控制系統(tǒng)的控制能力越來越強，從而大大提高了生產(chǎn)效率，縮短了生產(chǎn)周期，節(jié)約了生產(chǎn)成本，從而使得計算機控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛。
參考文獻
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計算機控制系統(tǒng)論文篇二
《 計算機控制技術(shù)教學(xué)探索 》
摘要：計算機控制技術(shù)課程是電氣信息類工科專業(yè)的主干專業(yè)課之一，對其課程教學(xué)實踐進行探索是十分必要。針對計算機控制技術(shù)課程的特點，從實驗教學(xué)、課程設(shè)計及其他實訓(xùn)環(huán)節(jié)的內(nèi)容進行了探討，采用靈活多樣方式進行實踐教學(xué)改革，培養(yǎng)學(xué)生獨立分析和解決問題的能力，為深化教學(xué)改革進行了有益的嘗試，獲得良好的教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：計算機控制技術(shù)實踐教學(xué)課程建設(shè)教學(xué)研究
Abstract: the course of computer control technology in electric information engineering major is one of main professional courses, the teaching practice exploration is very necessary. In the course of computer control technology characteristics, from the experimental teaching, curriculum design and other aspects of practice and probes into the contents, adopting flexible mode of practice teaching reform, the cultivation of students' independent ability to analyze and solve problems, in order to deepen the teaching reform had beneficial attempt, obtained the good teaching effect.
Key words: computer control technology practice teaching construction and teaching research
中圖分類號：G420文獻標(biāo)識碼：A文章編號：2095-2104(2012)
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的諸多領(lǐng)域中，人們廣泛地使用計算機作為控制器來實現(xiàn)自動控制系統(tǒng)。計算機控制技術(shù)是融合了計算機技術(shù)和自動控制理論后發(fā)展起來的理論性和實踐性很強的一門交叉學(xué)科，它是高等學(xué)校中自動化、電氣工程及其自動化等專業(yè)的一門重要的專業(yè)主干課程。學(xué)習(xí)本課程應(yīng)從工程技術(shù)角度出發(fā)，要注重理論與應(yīng)用結(jié)合、設(shè)計與實現(xiàn)結(jié)合，注重系統(tǒng)性和實用性，要求學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)掌握如何利用計算機控制生產(chǎn)過程的基本原理，并基本掌握計算機控制系統(tǒng)的分析設(shè)計與實現(xiàn)方法及計算機在工業(yè)過程控制應(yīng)用中的各種技術(shù)。本課程的特點是理論和實踐是密切聯(lián)系的，由于本課程的這種特點，使得學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)階段很難領(lǐng)悟計算機控制技術(shù)的精髓，并將其應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)過程。計算機控制技術(shù)是一門實踐性極強的應(yīng)用性學(xué)科，本課程實踐教學(xué)是幫助學(xué)生學(xué)好這門課程的一項重要手段。
一、目前課程教學(xué)中普遍存在的問題
學(xué)生在完成計算機控制技術(shù)課程學(xué)習(xí)之后，一般應(yīng)掌握本課程介紹的基本原理，完成簡單計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、編程和調(diào)試工作。但是，大部分學(xué)生在學(xué)完該課程后，仍無法完成計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作，主要存在以下幾個方面問題：
(1)計算機控制技術(shù)是一門多學(xué)科、多課程相關(guān)、實踐性強的課程。目前的計算機控制技術(shù)教材，在內(nèi)容設(shè)置上或是偏重于理論分析或是以單片機和其他接口芯片為基礎(chǔ)，討論系統(tǒng)的構(gòu)成和相應(yīng)的應(yīng)用軟件設(shè)計開發(fā)的一般步驟，按這類教材組織教學(xué)，學(xué)生難以在規(guī)定的課時內(nèi)全面掌握該課程的主要內(nèi)容，從而制約了學(xué)生應(yīng)用課程知識解決實際問題的能力。
(2)學(xué)生缺乏面向工程實踐的機會，學(xué)生能學(xué)好課程的書本內(nèi)容，通過課程理論考核沒有問題。但是一旦遇到實際問題，他們往往不能從問題本身出發(fā)，而從書本出發(fā)，導(dǎo)致難以綜合運用解決實際問題。
(3)理論教學(xué)、實驗教學(xué)等實踐環(huán)節(jié)不能有機結(jié)合。有的高校實驗條件差，實驗教學(xué)主要以驗證性、演示性實驗為主，缺乏綜合性操作訓(xùn)練項目，實踐學(xué)時少等極大限制學(xué)生實踐能力的提高。課堂理論教學(xué)過程枯燥，學(xué)習(xí)效果差。
二、實踐教學(xué)的探索
目前社會對高等學(xué)校工科專業(yè)畢業(yè)生的知識能力和素質(zhì)結(jié)構(gòu)，尤其是實踐動手能力、工程意識與創(chuàng)新思維的培養(yǎng)方面提出了新的要求，原有的實踐教學(xué)模式已不能培養(yǎng)符合現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展與市場經(jīng)濟需求的生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用型人才，很多高校傳統(tǒng)的實踐教學(xué)都是附屬于理論課而設(shè)置的實驗、實習(xí)和課程設(shè)計。近年來高校擴招后高等教育向大眾化發(fā)展，學(xué)生面臨著較大的就業(yè)壓力，直接反映在畢業(yè)生就業(yè)方面，要擺脫所面臨的困境，就必須培養(yǎng)社會所需要的實踐能力強、真正具有工程意識和一定創(chuàng)造性的應(yīng)用型人才。
加強計算機控制技術(shù)課程實踐教學(xué)的探索很有必要。下面從實驗教學(xué)、課程設(shè)計和其他的實訓(xùn)輔助教學(xué)環(huán)節(jié)出發(fā)，探討如何提高課程實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)質(zhì)量，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生的實踐能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神。
2.1 實驗教學(xué)的探索
實驗是培養(yǎng)理論聯(lián)系實際、動手能力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和科學(xué)研究方法的重要手段，因此多數(shù)學(xué)校選擇了最基礎(chǔ)的且有較高實用價值的實驗項目。然而一些實驗內(nèi)容又多是驗證性的，專業(yè)所需的實踐能力、工程意識與創(chuàng)新精神得不到系統(tǒng)的培養(yǎng)與訓(xùn)練。2.2 課程設(shè)計教學(xué)之探索
計算機控制技術(shù)的課程設(shè)計是本課程教學(xué)中的一項重要內(nèi)容，是完成教學(xué)計劃達到預(yù)期教學(xué)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，是教學(xué)計劃中綜合性較強的教學(xué)環(huán)節(jié)，它對幫助學(xué)生全面深入地掌握課程教學(xué)內(nèi)容、培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力、提高學(xué)生全面素質(zhì)具有很重要的意義。本課程設(shè)計的目的是通過解決某個實際問題，鞏固和加深計算機控制技術(shù)課程中所學(xué)的理論知識解決實際問題的能力，基本掌握計算機控制系統(tǒng)的一般設(shè)計方法，提高計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計和分析能力，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的基礎(chǔ)。
目前多數(shù)學(xué)校在課程設(shè)計時采用的方法是在計算機控制實驗設(shè)備的基礎(chǔ)上，完成一些綜合性較強的系統(tǒng)設(shè)計題目，比如在TD-ACC計算機控制實驗系統(tǒng)上可以完成基于8088微處理器的直流電機閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)、溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)等設(shè)計課題。缺點是系統(tǒng)的框架固定，可選范圍有限。
針對課程設(shè)計，我們擬以單片機為控制器完成計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計，融合Matlab和Protues等軟件。利用Matlab在建立控制系統(tǒng)模型的優(yōu)勢，以Matlab軟件作為課程設(shè)計的理論仿真平臺，加深學(xué)生對計算機控制理論的理解和應(yīng)用。另一方面，在Proteus平臺和Keil軟件的支持下，學(xué)生可以完成系統(tǒng)從芯片選擇、電路設(shè)計、程序編寫、調(diào)試、仿真運行的整個過程，可以鍛煉學(xué)生解決問題的能力。因此我們設(shè)計了基于Protues的單片機步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計、倉庫溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計、加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計等課程設(shè)計課題，作為對原有課題的補充，解決了原有實物設(shè)計系統(tǒng)的不足，拓寬了課程設(shè)計范圍。
2.2 重視輔助實訓(xùn)環(huán)節(jié)的探索
高等工科學(xué)校是培養(yǎng)社會所需要的有一定理論知識、實踐動手能力強、具有工程意識和一定創(chuàng)造性的高等技術(shù)應(yīng)用型人才，因此，要完成這一培養(yǎng)目標(biāo)，我們就必須重視實訓(xùn)環(huán)節(jié)。我們學(xué)院不斷加強實踐教學(xué)與管理改革，創(chuàng)立了創(chuàng)新實訓(xùn)基地，以綜合、設(shè)計創(chuàng)新實訓(xùn)為主，實訓(xùn)形式豐富多樣，有綜合性設(shè)計、計算機仿真、創(chuàng)新設(shè)計、實物制作與競賽，并不斷加強實訓(xùn)基地和課程教學(xué)的聯(lián)系，目前實訓(xùn)基地已經(jīng)有專人管理，走上了規(guī)范化的教學(xué)管理軌道。
為配合本課程，我們學(xué)院組織一些動手能力強、有興趣的同學(xué)成立實訓(xùn)小組，利用課余時間進行培訓(xùn)，指導(dǎo)教師只給出訓(xùn)練項目的基本要求、所要實現(xiàn)的功能和性能指標(biāo)，系統(tǒng)設(shè)計、元件選用、PCB板制作、焊接工藝和電路調(diào)試等環(huán)節(jié)，均由學(xué)生獨立完成，以加強學(xué)生的工程意識與實際應(yīng)用能力，并要求學(xué)生對一些課題的設(shè)計制作具有創(chuàng)新性。學(xué)生還通過到產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的企業(yè)實習(xí)、參與教師所承擔(dān)的工程課題工作等，進一步培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力，如完成智能溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計、循環(huán)溫度檢測儀等項目。盡管這種形式靈活的環(huán)節(jié)目前面向的學(xué)生人數(shù)不是很多，但是結(jié)出了甜美的果實。經(jīng)實訓(xùn)基地訓(xùn)練的一批學(xué)生獲得了優(yōu)良成績，我院學(xué)生于近幾年連續(xù)在全國大學(xué)生電子設(shè)計等競賽中獲獎。
三、結(jié)束語
通過對計算機控制技術(shù)課程教學(xué)過程中存在的問題進行探討，我們認(rèn)識到實踐教學(xué)環(huán)節(jié)在本課程教學(xué)中的重要作用，在具體實施實驗教學(xué)、課程設(shè)計教學(xué)和其他輔助實訓(xùn)教學(xué)等方面做了一些探討，在教學(xué)實踐過程中積累了一些經(jīng)驗，取得了較好的教學(xué)效果。重視計算機控制技術(shù)課程實踐改革，可以提高課程實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的實踐能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新精神。同時，我們發(fā)現(xiàn)提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果、培養(yǎng)學(xué)生獨立動手能力和分析解決問題的能力，是一個值得我們不斷研究的課題。我們在實際教學(xué)中尚存在一些問題和不足，希望在今后的教學(xué)研究和教學(xué)實踐中，可以進一步探索出更好的方法，提高學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力。
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