计算机控制系统体系结构,计算机控制系统的体系结构

计算机控制系统的体系结构

摘要：

计算机控制系统是计算机与控制理论相结合的产物，它经历了一个不断演变发展的过程：从简单的计算机控制系统逐步发展为多级分布式计算机控制系统。本文从计算机控制系统的硬件与软件两方面来分析其体系结构。在硬件系统方面，分析了直接数字控制系统DDC体系结构；集散控制系统DCS体系结构；现场总线控制系统FCS体系结构；可编程控制器系统PCS或PLC体系结构这四类系统。在软件方面，是从系统软件和应用软件两个方面来进行分析的。

关键字：计算机，控制系统，体系结构

一、计算机控制系统简介

随着科学技术的进步，人们越来越多地用计算机来实现控制系统。即用计算机的硬件和软件来实现控制器的功能。这是用计算机取代模拟控制器的初衷，其特点是：(1)用软件可以实现复杂的控制规律。(2)可以显示、存储、打印系统的运行状态。具有报警功能；人机接口功能。(3)控制规律可以很方便的改变。(4)通讯组网功能。自动控制技术、计算机技术、检测和传感技术、网络和通信技术、显示技术等的高速发展，给计算机控制技术带来了巨大的变革。随着计算机技术、高级控制策略、现场总线智能仪表和网络技术的发展，计算机控制技术水平必将大大提高。

计算机控制系统：应用计算机(控制计算机)来实现生产过程自动控制的系统。

二、计算机控制系统硬件体系结构

计算机控制系统的体系结构主要分为四大类：直接数字控制系统DDC体系结构；集散控制系统DCS体系结构；现场总线控制系统FCS体系结构；可编程控制器系统PCS或PLC体系结构。这四种体系结构有其各自不同的发展背景和特点，自然也有着不同的适用范围。

2.1 直接数字控制系统DDC体系结构

DDC是Direct Digital Control，即直接数字控制的缩写，它是计算机进入控制和自动化领域以来最早应用的体系结构。DDC控制系统以微机为核心，并配以一定数量的外围设备，使系统具有丰富的控制、显示和数据处理功能。

DDC控制系统的主要工作过程是用一台计算机对多个被控参数进行巡回检测，检测结果与给定值进行比较，并按预定的数学模型(如PID控制规律)进行运算，其输出直接控制被控对象，使被控参数稳定在给定值上。

DDC控制系统具有如下优点：

1、控制功能十分复杂，可以采用高级的控制算法和控制策略，构成更复杂的控制系统；

2、DDC控制器提高了控制的灵活性，如想改变或者增加控制功能，不需要改变现场连线和增加控制仪表，而仅仅通过改变控制组态(软连接)，即通过改变控制算法类型及连接就可满足要求；

3、DDC控制器除了具有控制功能外，还具有丰富显示和数据处理功能。

但是DDC系统的软件是比较复杂的，因为所有的功能都集中在一台计算机中完成，因此需要一个相当庞大复杂的软件系统，这个系统要实现各种功能，而且要很好地协调各个功能之间的关系，所以目前DDC体系结构只用在规模较小、功能比较单一的控制场合，特别是一些嵌入式控制领域。一般来说，嵌入式控制的现场I／0数量很少，相应的功能也比较单一，因此不需要庞大而复杂的数据库，特别是人机界面HMI非常简单甚至没有。在这种应用场合，正好发挥了DDC构造简单，成本低廉的优势。

2.2 集散控制系统DCS体系结构

集散控制系统(DCS)又名分布式计算机控制系统,是利用计算机技术对生产过程进行集中