计算机控制结课论文

计算机控制技术在工、农业的发展及应用学院信息科学与技术专业00000000班级00000学号000000000000姓名0000000指导老师00000000一、摘要计算机控制系统是自动控制技术和计算机技术相结合的产物，利用计算机（通常称为工业控制计算机，简称工控机）来实现生产过程自动控制的系统，它由控制计算机本体（包括硬件、软件和网络结构）和受控对象两大部分组成。随着计算机技术和现代控制理论的快速发展，计算机控制技术诞生并迅速蓬勃发展起来，其应用遍及国防、航空航天、工业、农业、医学等多种领域。本文主要介绍计算机控制技术在工、农业的发展现状及前景趋势，以及关于计算机控制技术的思考。二、计算机过程控制系统国内外应用状况近十几年，过程控制系统发展非常迅速，由于集散控制系统是这一领域的主导发展方向，各国厂商都在这一市场不断推陈出新。美国和日本的产品代表两个主要的发展方向：美国厂商重点推出开放型集散系统，加速研制现场总线产品，推广应用智能变送器；日本厂商则着重发展高功能集散系统，从软件开发入手，挖掘软件工作的潜力，强调控制功能和管理功能的结合。20世纪80年代，比较著名的大型集散控制系统新产品有：美国Honeywell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OxfordAutomation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，控制点可达到一万点以上，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／服务器(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。在软件上则采用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CENTER—CS控制系统，Foxboro公司l／AS50／51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。三、计算机控制技术的发展趋势长期以来，计算机控制技术的发展始终紧随着计算机技术的发展步伐，如今计算机控制技术的发展又多了许多新的方向。1.计算机控制技术的网络化在当今，计算机技术和网络技术正以迅猛的速度发展着，与此同时，各种层次的计算机网络在控制系统中的应用也越来越广泛，规模越来越大，控制系统的网络化时代渐渐到来。除了先前提到的集散控制系统以外，现场总线控制系统（FieldbusControlSystem，简称FCS）也是计算机控制技术网络化下诞生的一个新的控制结构。将控制系统网络化，使控制作用的实现不再局限于传统意义上的控制系统，而是由各种仪表单元分别独立完成各自的工作，然后再通过网络进行彼此间的信息交换和组织，并相互协作，最终实现预定完成的控制任务。这种近似于模块化的思想，可以使各部分独立工作，不产生干扰，有可以根据需要增减控制网络中的个体，大大增强了系统的实用性。2.计算机控制技术的集成化计算机集成制造系统（ComputerIntegratedManufacturingSystem，简称CIMS）是在新的生产组织原理和概念指导下形成的一种新型生产模式，具有生产效率高、生产周期短、产品质量高等一系列极有吸引力的优点。CIMS将成为21世纪占主导地位的新型生产方式，世界上很多国家包括我国都已经把发展CIMS定为本国制造工业的发展战略，并制定了许多由政府或工业界支持的计划，用以推动计算机集成制造系统的开发与应用。计算机控制系统的集成化也已经成为当今计算机控制技术的又一发展趋势。3.计算机控制技术的智能化目前的典型智能控制方法有：模糊控制、专家控制、神经网络控制等。模糊控制绕过了对象的不确定性、不精确性、噪声、非线性、时变性以及时滞性等影响，实现简单，适应面广，但是其对控制规则的制定要求较高，对于复杂的工业过程以及对象的动态特性并不是完全适合。专家控制尚未形成有普遍意义的理论体系和设计方法，但是其作为一种智能控制形式，在实际中有着很广阔的应用前景。神经网络控制的研究在近年来得到了越来越多的关注和重视，它在控制中的应用已成为其中一个主要方面，它试图模拟人脑的功能，具有自适应和自学习的功能，但实时性方面还存在问题。目前的各种智能控制方法各有优缺点，因此，将各种控制策略相互渗透，相互结合，取长补短，发展成更新型更实用的合成智能控制策略已经成为了计算机控制技术的必然趋势之一。4.计算机控制技术的标准化任何技术的发展最终都会趋向于标准化，计算机控制技术也不例外，将计算机控制技术标准化，可大大促进计算机控制技术的发展。目前国际公认的标准尚未建立，但已有很多厂商愿意采用一些通用性较强的产品，相信不久的将来，计算机控制技术必将建立一套国际化通用标准。四、计算机控制技术在农业领域的应用计算机和信息技术与各种农业设施、农业机械技术相结合产生了农业计算机自动控制技术。该技术广泛应用于大型温室、农场的畜禽生产管理、农田灌溉、农机管理、农产品加工、农业科研等方面,大大节省了劳力,提高了产品质量和生产效率。信息技术特别是人工智能技术在一些国家的农业领域中得到广泛的应用。进入20世纪90年代,美国、日本、西欧等发达国家的信息产业增长率超过15%,相当于这些国家同期GTP增长速度的3~5倍。农业信息技术的主要成果之一体现在应用信息技术解决某个或某类农业问题,例如应用信息技术快捷地对实验数据进行组织、加工和处理,分析土壤肥料的各种特性,实现精细农作,实现农业生产和管理的自动化和辅助决策。1.美国70年代以来美国的计算机应用逐步推广到农场范围;到1985年,美国已有8%的农场主使用计算机处理农场事务,其中一些大农场的生产和管理则已计算机化。迄今,计算机的应用给美国的农场管理、科研和生产带来了高质量、高效率和高效益。农田灌溉调控自动化美国计算机化的滴灌和喷灌技术已相当成熟,并已在亚利桑那州西南部大片沙漠地带安装了世界上最大的灌溉调控系统,这不但能节省50%以上的用水量和能量,而且能减少盐分的集结,最终使产量增加1倍。美国加州农田灌溉专家克劳德!芬恩研制出一种用于地下滴灌的生物程序控制机,这个控制系统使用计算机联结的传感器测定作物的需水信息,并控制埋于表层土壤下的细小塑料水管的水阀,不但按需放水,还能使肥、水同滴,取得了很好的效益。畜禽生产管理自动化美国的畜禽饲养计算机化已经相当普遍,管理猪生产的计算机系统中存储着分娩、死亡、生长、出售、食物比例和管理过程中所需的各种数据和信息,它可以分析、预测猪的销售、交配、产仔母猪所需饲料、猪种退化以及最佳良种替代等;还可根据存储的育种和品质资料、母猪级别指标、营养效果、猪仔生产和市场价格等数据,分析经济效益和商品价值等。农机管理与农产品贮存加工自动化美国用计算机管理农业机械可以帮助选用适当的农机型号和规格,降低使用成本,确定更新设备的时机。计算机在农副产品加工方面也有广泛的应用,美国有一个日产700吨混合饲料的加工中心用2台IBM小型机自动控制了20种混合饲料的全部生产流程。华盛顿州有一家马铃薯通风库在计算机控制下可自动控制通风窗进行空气调节,使贮藏期分别达到3~10个月之久,实现了周年供应。计算机在温室环境方面的应用最显其能,美国中北部运用一种计算机控制箱能自动控制温室的温度、湿度,还能定时适量地喷洒农药和肥料,并调节灌溉系统使作物处于最佳状态,因而大大提高了产量。2.日本目前,在日本已建立了一些农业生产自动化管理系统,如植物工厂的蔬菜生产管理系统(菠菜、番茄、黄瓜、茄子、西红柿和草莓等已进入批量生产)、陆田水田耕作、畜牧生产、家畜卫生系统、农业工程和机械管理系统等。例如,横河电机绿色农场是计算机控制农业温室的试验基地,总投资5亿日元,5幢温室4500平方米,年销售额2亿日元,净利10%。农场主要生产无土栽培蝴蝶兰,有4个操作工,10个计时工,由1台计算机控制。把肥料、PH值、温度、湿度的数据输入计算机,由计算机控制这些生长条件,而且可在计算机上观察每个温室各个生长期的变化情况。1台计算机可控制1~36个温室,1台计算机(包括软件)及控制设备需3000万日元,1平方米温室造价7万日元。五、计算机控制技术在农业领域的应用对工业生产过程进行计算机控制是提高产品质量、降低成本、减少环境污染的必由之路，计算机控制系统已成为生产设备及过程控制等重要的组成部分，它代替人的思维成为工业设备及工艺过程控制、产品质量控制的指挥和监督中心。工业生产过程的计算机控制系统，随着计算机的进步、工业生产工艺过程控制要求的提高和生产管理的完善而不断发展。目前工业计算机控制系统按结构层次基本上划分为：直接数字控制（DDC）系统、监督控制（SCC）系统、集散型控制系统（DCS）、递阶控制系统（HCS）和现场总线控制系统（FCS）等几种，其中DCS是融DDC系统、SCC系统及整个工厂的生产管理为一体的高级控制系统，该系统克服了其他控制系统中存在的“危险集中”问题，具有较高的可靠性和实用性。但是，为了进一步适合现场的需要，DCS也在不断更新换代，近年来，集计算机、通信、控制三种技术为一体的第5代过程控制体系结构，即现场总线控制系统，成为国内外计算机过程控制系统一个重要的发展方向。本文对各种工业控制计算机系统的结构层次和特点以及发展方向作一分析研究。当前以单片机为主体的DDC控制仪用量最大，如控制温度、流量，控制风机、水、油泵及炉门升降机构等。这种微机控制仪表的功能已大大超过以摸拟电子元件为基础的测量仪表，而且有了处理工艺参数的功能，但它们需要与中间继电器、交流接触器、晶闸管、电磁阀、比例阀等执行机构形成完善的控制系统。多数DDC控制仪采用PID和模糊控制算法，但自身自调整和在线优化能力仍较弱。最新推出的DDC控制系统均配有通信接口，可方便地进行联机。这类控制系统的主要特点是结构紧凑、轻便灵活、便于维护，有较高的抗干扰能力和控制精度，操作方便。主要问题是受运行速度和内存容量的限制，一般只能按预定工艺参数进行工艺过程控制，难于动态控制热处理工艺过程和产品质量预测，因此还是初级微机控制系统。国产的这类控制仪种类多，但目前仍存在着抗干扰自复位能力较差，可靠性差等问题。六、思考总结通过本课程的学习，我对计算机控制技术有了一定的了解，计算机控制技术是一门以电子技术、自动控制技术、计算机应用技术为基础，以计算机控制技术为核心，综合可编程控制技术、单片机技术、计算机网络技术，从而实现生产技术的精密化、生产设备的信息化、生产过程的自动化及机电控制系统的最佳化的专门学科。计算机的应用促进了控制理论的发展，先进的控制理论和计算机技术相结合推动计算机控制技术不断前进。计算机控制技术的发展日新月异，作为现代从事工业控制和智能仪表研究、开发及使用的技术人员，必须不断学习，加快知识更新的速度，才能适应社会的需要，才能在工业控制领域里继续邀游。而今，我们作为当代大学生，在学好这门知识的同时，更应该学会开拓自己的思维，提高自己的创新意识，将计算机控制技术进一步提升，适应更多领域的应用，并将计算机控制技术与其