1.
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展過程
計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是自動(dòng)控制理論與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，因此，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展是與自動(dòng)控制理論與計(jì)算機(jī)的發(fā)展密不可分的。自從1972年出現(xiàn)了微型計(jì)算機(jī)，尤其是以單片機(jī)為代表的嵌入式控制器的出現(xiàn)以后，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)進(jìn)入了嶄新的發(fā)展階段。現(xiàn)代一些工業(yè)的特點(diǎn)是高度連續(xù)化、大型化，裝置與裝置、設(shè)備與設(shè)備之間的聯(lián)系日趨密切。過去，由于計(jì)算機(jī)比較昂貴，一臺計(jì)算機(jī)要完成很多任務(wù)，因而多采用集中式的控制結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在由于計(jì)算機(jī)比較便宜，并考慮對現(xiàn)代化工業(yè)企業(yè)進(jìn)行綜合管理和最優(yōu)控制，已開始采用分散型微處理器控制的分級計(jì)算機(jī)控制和集散控制系統(tǒng)，集成制造系統(tǒng)（cims）技術(shù)也已從研制、試用的階段逐步走向成熟，已被成功地應(yīng)用到某些場所。隨著嵌入式應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起，基于網(wǎng)絡(luò)的控制技術(shù)（簡稱網(wǎng)絡(luò)控制）已逐漸為人們關(guān)注和接受，并在控制領(lǐng)域掀起了研究和應(yīng)用的熱潮，現(xiàn)已被應(yīng)用到航天航空、遠(yuǎn)程遙控機(jī)器人等領(lǐng)域。
2.
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢
目前，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)有如下幾個(gè)發(fā)展趨勢。
⑴ 可編程序控制器（programmable logic
controller）
在制造業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)線上，各道工序都是按規(guī)定的時(shí)間和條件順序執(zhí)行的，對這種自動(dòng)化生產(chǎn)線進(jìn)行控制的裝置稱為順序控制器。以往順序控制器主要是由繼電器組成，改變生產(chǎn)工序、執(zhí)行次序和條件需改變硬件連線。隨著大規(guī)模集成電路和微處理器在順序控制器中的應(yīng)用，順序控制器開始采用類似微型計(jì)算機(jī)的通用結(jié)構(gòu)，把程序存儲在存儲器中，用軟件實(shí)現(xiàn)開關(guān)量的邏輯運(yùn)算、延時(shí)等過去用繼電器完成的功能，形成了可編程邏輯控制器plc。工業(yè)用可編程序邏輯控制器，是采用微型機(jī)芯片，根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)而發(fā)展起來的一種控制器，它具有可靠性高、編程靈活簡單、易于擴(kuò)展和價(jià)格低廉等許多優(yōu)點(diǎn)。尤其是近年來，由于開發(fā)了具有智能的i/o模塊，使得plc除了具有邏輯運(yùn)算、邏輯判斷等功能外，還具有數(shù)據(jù)處理、故障自診斷、pid運(yùn)算及聯(lián)網(wǎng)等功能，從而大大地?cái)U(kuò)大了plc的應(yīng)用范圍?？梢灶A(yù)料，進(jìn)一步完善和系列化的plc將作為下一代通用設(shè)備，大量地應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)中。
(2)
嵌入式系統(tǒng)（emdedded
system）
嵌入式系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、微電子技術(shù)、語音圖象數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，甚至傳感器等先進(jìn)技術(shù)與具體應(yīng)用對象相結(jié)合后的產(chǎn)物。嵌入式系統(tǒng)嵌入的本質(zhì)是將一個(gè)微型計(jì)算機(jī)嵌入到一個(gè)具體應(yīng)用對象體系中去。作為控制技術(shù)應(yīng)用的載體，嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展必將極大地推動(dòng)著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。
(3)
集散控制系統(tǒng)(distributed control
system)
目前，在過程控制領(lǐng)域，集散控制系統(tǒng)技術(shù)已日趨完善而逐漸成為被廣泛使用的主流系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)發(fā)展初期是以實(shí)現(xiàn)分散控制為主，而進(jìn)入80年代以后，集散控制系統(tǒng)的技術(shù)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向全系統(tǒng)信息的綜合管理，因其具有分散控制和綜合管理兩方面特征，故稱為分散型綜合控制系統(tǒng)，簡稱為集散控制系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)的體系特征是功能分層，它充分反映了集散控制系統(tǒng)的分散控制、集中管理的特點(diǎn)。按照功能分層的方法，集散控制系統(tǒng)可以分為現(xiàn)場控制級、過程裝置控制級、車間操作管理級、全廠優(yōu)化和調(diào)度管理級等。信息一方面自下向上逐漸集中，同時(shí)，它又自上而下逐漸分散。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析，集散控制系統(tǒng)都由三大基本部分組成。集散控制系統(tǒng)中用一臺或若干臺計(jì)算機(jī)對全系統(tǒng)進(jìn)行全面信息管理，這樣便于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的全局優(yōu)化。
(4)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（field-bus
control
system）
現(xiàn)場總線控制是工業(yè)設(shè)備自動(dòng)化控制的一種計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)。它是依靠具有檢測、控制、通信能力的微處理芯片，數(shù)字化儀表（設(shè)備）在現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)徹底分散控制，并以這些現(xiàn)場分散的測量，控制設(shè)備單個(gè)點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，將這些點(diǎn)以總線形式連接起來，形成一個(gè)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。是屬于最底層的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)，它將原來集散型的dcs系統(tǒng)現(xiàn)場控制機(jī)的功能，全部分散在各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處。為此，可以將原來封閉、專用的系統(tǒng)變成開放、標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)。使得不同制造商的產(chǎn)品可以互連，是dcs系統(tǒng)的更新?lián)Q代，大大簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低成本，更好滿足了實(shí)事性要求，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)主要不足之處是各種現(xiàn)場總線盡管都是開放協(xié)議，遵循同一種協(xié)議及不同廠家的產(chǎn)品可以兼容，但是，各種協(xié)議并沒有統(tǒng)一，不同總線協(xié)議的系統(tǒng)不易互連。而且，現(xiàn)場總線通訊協(xié)議與上層管理信息系統(tǒng)或進(jìn)一步的internet所廣泛采用的tcp/ip協(xié)議是不兼容的，也存在協(xié)議轉(zhuǎn)換問題。這些增加了控制和管理信息一體化網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)難度。多種現(xiàn)場總線的共存對應(yīng)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中多種局域網(wǎng)協(xié)議共存的時(shí)期。
(5)
計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(computer integrated manufacture
system)
計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)cims是在自動(dòng)化技術(shù)，信息技術(shù)及制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算機(jī)及其軟件，將制造工廠全部生產(chǎn)環(huán)節(jié)，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)控制、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)過程等所需使用的各種分散的自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)的集成起來，消除“自動(dòng)化孤島”，實(shí)現(xiàn)多品種、中小批量生產(chǎn)的總體高效率、高柔性的智能制造系統(tǒng)。1986年我國不失時(shí)機(jī)地將cims列入了國家高技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，其戰(zhàn)略目標(biāo)是跟蹤國際上cims高技術(shù)的發(fā)展，掌握cims關(guān)鍵技術(shù)，建立既能獲得綜合效益又能帶動(dòng)全局的示范點(diǎn)。
（6）網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（internet
based control
system）
網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是以網(wǎng)絡(luò)為媒介對被控對象實(shí)施遠(yuǎn)程遙控制、遙操作的一種新興的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的發(fā)展與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、嵌入式應(yīng)用技術(shù)和控制理論與應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。網(wǎng)絡(luò)控制已經(jīng)引起了各個(gè)方面的廣泛的關(guān)注。其實(shí)，在航天領(lǐng)域，各種衛(wèi)星、各類航天探測器、月球探測車、火星探測車等，在某種意義上講，都可以被看作是網(wǎng)絡(luò)控制應(yīng)用方面的成功的典范，因?yàn)樵谶@樣的場合下的控制問題，也具備網(wǎng)絡(luò)控制的特點(diǎn)，如數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆嵌ǔＰ?、非完整性、時(shí)延的非確定性等。制造者和投資商已經(jīng)認(rèn)識到網(wǎng)絡(luò)控制的重要性。常規(guī)的應(yīng)用領(lǐng)域中，在一些特殊的場合及人類不易于到達(dá)的場所，網(wǎng)絡(luò)控制也顯示出強(qiáng)大的優(yōu)勢，如用于醫(yī)療領(lǐng)域的遠(yuǎn)程病理診斷、專家會(huì)診、遠(yuǎn)程手術(shù)，惡劣、危險(xiǎn)環(huán)境下的作業(yè)，如強(qiáng)核輻射下、深海作業(yè)、小空間范圍內(nèi)的作業(yè)等等。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)有著十分美好的發(fā)展前景。