第一篇：基于Arduino的溫濕度控制系統(tǒng)小論文（范文模版）

基于Arduino的溫濕度系統(tǒng)設(shè)計

劉**（江西理工大學(xué)信息工程學(xué)院，江西 贛州 341000）

摘要：本系統(tǒng)是一個基于Arduino的溫濕度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過一個DHT11數(shù)字溫濕度傳感器來采集環(huán)境中的溫濕度數(shù)據(jù)。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。然后再通過LCD1602液晶顯示器進行觀測。當(dāng)環(huán)境中的溫濕度數(shù)據(jù)達到臨界值是通過報警系統(tǒng)進行報警。Arduino設(shè)計溫濕度控制系統(tǒng)，可以即時精確的反應(yīng)溫室內(nèi)的溫度以及適度的變化。完成諸如升溫到特定的溫度、降溫到特定的溫度。在溫度波動限范圍內(nèi)保持恒溫等多種控制方式，在濕度控制方面也是如此。

關(guān)鍵詞： Arduino；DHT11；傳感器；性價比極高； 中圖分類號：T18

3文獻標(biāo)識碼：A Design of Temperature and Humidity Control System based on Arduino

LIU **（School of Information Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou Jiangxi

341000, China)

Abstract: This system is a temperature and humidity control system based on the Arduino, the system through a DHT11 digital temperature and humidity sensor to collect the environment temperature and humidity data.DHT11 digital temperature and humidity sensors is a section contains the already calibration digital signal output humidity composite sensor.And then through LCD1602 LCD display.When the environment temperature and humidity data reaches the critical value is through the alarm system alarming.Use a Arduino-type microcontroller design temperature and humidity control system for, instant accurate reaction greenhouse temperature and moderate changes.Complete, such as the temperature was cooled to a specific temperature,raised to a specific temperature.Maintain constant temperature and other control in the volatility temperature range, humidity control is also true.Keywords: Arduino;DHT11;Sensor;Highly cost-effective;

0 引言

農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)與信息科學(xué)互相融合、滲透是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的顯著特點。各種高新技術(shù)不斷應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)，農(nóng)業(yè)信息化的總趨勢就是：計算機技術(shù)，信息存儲和數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及各類軟件，網(wǎng)絡(luò)通信，人工智能與智能控制系統(tǒng)等綜合應(yīng)用于現(xiàn)代智能機械化的農(nóng)業(yè)生

產(chǎn)[1]。

很長一段時間，對溫室環(huán)境的監(jiān)測一般采用人工方式，這種傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集的方法浪費人力財力，準(zhǔn)確性不是很高，而且容易受其它外部因素影響，很難達到期望的目的。特別是在現(xiàn)代化的蔬菜溫室的生產(chǎn)和管理過程中，環(huán)境的溫度和濕度變化對植物的健康成長有重要影響。如果白天和夜里的溫濕度變化很大，則會對植物的正常生長產(chǎn)生重要影響[2]。國內(nèi)外溫室種植業(yè)的實踐生產(chǎn)經(jīng)驗表明，提高溫室環(huán)境的管理水平和自動化控制水平可以有效發(fā)揮溫室作物生產(chǎn)的高效性，其中對作物生長環(huán)境的溫濕度的數(shù)據(jù)采集是溫室環(huán)境監(jiān)測的重要組成部分。因此，為了提高農(nóng)作物產(chǎn)量，我們需要對植物生長環(huán)境中的溫濕度因素進行必不可少的監(jiān)測與控制，使其保持在有利于作物生長的合理范圍內(nèi)波動，以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。隨著通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，傳感器數(shù)據(jù)采集技術(shù)及計算機控制技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，目前設(shè)施農(nóng)業(yè)的一個研究熱點就是數(shù)據(jù)自動采集及智能控制系統(tǒng)的開發(fā)[3]。因此，設(shè)計一套能夠?qū)崟r對植物生長環(huán)境因素有效監(jiān)測和控制的智能系統(tǒng)對于提高農(nóng)作物產(chǎn)量具有十分重要的意義。

1、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能是溫濕度數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示以及越界報警。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中心處理單元為Arduino控制器。Arduino UNO是Arduino USB接口系列的最新版本，作為Arduino平臺的參考標(biāo)準(zhǔn)模板。

1602液晶顯 IO3456示模塊Arduino unoDHT11傳感器模塊IO2 IO8呼吸燈模塊 IO7蜂鳴器報警模塊 圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

采集溫濕度方面由DHT11 傳感器來完成，通過DHT11 傳感器采集當(dāng)前的溫濕度值，經(jīng)Arduino控制器 將數(shù)據(jù)傳送到液晶屏上顯

示出來，并且接入蜂鳴器和呼吸燈，設(shè)置溫濕度的上限值，實現(xiàn)越限報警和呼吸燈隨濕度大小閃爍。

2、系統(tǒng)硬件設(shè)計 2.1主控模塊

Arduino UNO是作為Arduino平臺的參考標(biāo)準(zhǔn)模板，是Arduino USB接口系列的最新版本。UNO的核心控制器件是ATmega328處理芯片，數(shù)字輸入/輸出口共計有14路：6路PWM輸出端口，6路模擬輸入端口，一路ICSP header，一個16MHz晶體振蕩器，一個電源插口，一個USB接口和一個復(fù)位按鈕[4]。在AREF處新添加了兩個引腳：SCL和SDA，支持I2C接口；增加IOREF和一個預(yù)留管腳，控制板能同時兼容5V和3.3V的供應(yīng)電壓。圖2為改進后的Arduino UNO。

圖2 Arduino UNO

2.2溫濕度采集模塊

DHT11溫濕度傳感器是含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的一款溫濕度復(fù)合傳感器。為保證傳感器具有卓越的長期穩(wěn)定性和極高的可靠性，它采用了溫濕度傳感技術(shù)和專門制作的數(shù)字集成模塊數(shù)據(jù)采集技術(shù)[5]。傳感器包括一個NTC測溫元件和一個電阻式感濕元件，并與一個高性能8位單片機相連接[6]。

DHT11溫度與濕度傳感器連接Arduino控制板相對而言還是比較簡單的。Arduino控制板的 數(shù)字I/O接口2的作用是發(fā)收串行數(shù)據(jù)的，即數(shù)據(jù)口。數(shù)字I/O接口2連接傳感器的Pin2。由于測量電路長度一般小于20米，所以需要額外增加一個5000歐的上拉電阻，所以在電源與DHT11的第二個腳之間接一個5000歐電阻[7]。而DHT11的電源端口第一個腳和第四個腳分別接Arduino控制板的電源接口和接地接口。DHT11的第三腳不接任何原件，懸浮放置。

2.3顯示模塊設(shè)計

LCD1602液晶是一種可以同時顯示32個字符（16列2行）的工業(yè)字符型液晶。LCD顯示模塊在電子表、攝像機、手機及很多日常電子產(chǎn)品中都可以監(jiān)到，主要作用是顯示圖形、數(shù)字和專用符號等[8]。在基于微型處理器的電子設(shè)備中，LCD1602很多常用的輸出方式例如作為顯示器、發(fā)光器等使用。為了方便調(diào)節(jié)液晶的顯示亮度使液晶顯示在最佳的狀態(tài)，在第三個引腳Vo腳加上一個10000歐的滑動變阻器，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器的電阻阻值不斷改變Vo腳的電壓值[9]。

圖3 包板電路圖

3、軟件設(shè)計

軟件程序主要包括液晶顯示程序和傳感器數(shù)據(jù)采集程序。液晶顯示模塊主要是對溫濕度數(shù)據(jù)顯示和觀測，傳感器采集模塊主要是用來采集環(huán)境中的溫濕度數(shù)據(jù)，然后送入到Arduino

控制板中進行數(shù)據(jù)處理。根據(jù)各個功能模塊任務(wù)進行程序設(shè)計，為節(jié)省版面下面只對有特殊創(chuàng)意的發(fā)射模塊程序的設(shè)計作詳細介紹。

在對我們所選專題的研究方向有了大致的總體認(rèn)識后，我們就需要先設(shè)計一個整體的程序工作流程圖，將整個大系統(tǒng)系統(tǒng)劃分為多個不同功能的小模塊，然后再逐個對各個功能小模塊所需要實現(xiàn)的功能進行分析，最后再把各個功能模塊的程序合有效的連接一個整體的程序。如圖4所示：

溫濕度監(jiān)測并開始初始化延時傳回數(shù)據(jù)到N Arduino1602顯示數(shù)據(jù)定時監(jiān)測判定溫濕度是否超過閥值Y報警裝置啟動

圖4 總流程圖

LCD1602顯示器是一個慢顯示元件，在運行任何一條命令以前要保證顯示模塊的忙標(biāo)志表示不忙為低電平，如果不是那么這條命令不可用，如果想顯示字符或圖像則必須先輸入字符會圖像的地址[10]。LCD1602顯示模塊可直接與Arduino控制板接口相連，不需要再加任何額外的驅(qū)動程序。

傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC 測溫元件，并與一個高性能8 位單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。DHT1

1溫濕度傳感器均在嚴(yán)格的校驗實驗室中經(jīng)過精確的濕度檢驗校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)結(jié)果采用程序數(shù)據(jù)的形式存放在OTP中，DHT11內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)[11]。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。

4、結(jié)束語

溫濕度控制已經(jīng)成為了21世紀(jì)熱門研究話題之一。無論是從生產(chǎn)還是生活，溫濕度都與我們?nèi)祟惗际窍⑾⑾嚓P(guān)的。而智能化的溫濕度控制系統(tǒng)的發(fā)展方向已成為一種必然趨勢。我們思維方式不可能一直原地不動，不能再堅守舊時代利用大量人力資源來控制溫度和濕度的變化。這樣不但浪費大量的人力財力資源，而且控制系統(tǒng)功能也比較單一化，適用場合也有很大的局限性。而使用自動的智能控制的方式，既節(jié)省了人力財力，更加體現(xiàn)出了與時俱進的辯證思想，世界在進步，而這種進步就該體現(xiàn)在生活中的各個細節(jié)方面。

傳統(tǒng)的溫度測量方法周期長，效率低，管理很不方便，發(fā)生故障時，更要花費大量人力物力來查找。尤其是用于溫室大棚采樣數(shù)據(jù)頻繁工況條件下，采用無線傳輸系統(tǒng)更顯現(xiàn)出他的優(yōu)越性。該系統(tǒng)可對溫度實現(xiàn)現(xiàn)場和遠程智能化在線檢測和預(yù)警。

該系統(tǒng)在測溫精度上達到了一定的水平。而在溫度采集速度上，由于使用了獨立的溫度補償電路，有效地提高了溫度測量的靈敏度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。另外，由于使用了存儲芯片，可以保存實時數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)的可靠性，是一種價格低廉方便實用的系統(tǒng)，可在生產(chǎn)上推廣應(yīng)用。

參考文獻

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Google's Mobile Development

Platform.Pragmatic Bookshelf;3 edition(July 20, 2010)

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室大棚測溫系統(tǒng)設(shè)計[J]．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40(8)

[8] 崔才豪，張玉華等.利用Arduino控制板的光引導(dǎo)運動小車設(shè)計自動化儀表，2011． [9] 程晨.Arduino開發(fā)實戰(zhàn)指南[美]，機械工

業(yè)出版社。2012 [10] Dale 著，翁愷 譯.Arduino 技術(shù)內(nèi)幕 Wheat, 北京郵電出版社.2013 [11] C程序設(shè)計教程[美] 清華大學(xué)出版社.2010

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Simon Monk、張寶玲等.基于Arduino的趣味電子制作.科學(xué)出版社 2011

[14] 蔡睿妍．Arduino的原理及應(yīng)用[J]．電子

設(shè)計工程，2012 參考程序

#include #include

#define DHT11PIN 2 //數(shù)字IO接口2 LiquidCrystal lcd(12, 11,6, 5, 4, 3);//設(shè)置接口 dht11 DHT11;

float temperature = 0;//設(shè)置temperature為浮點變量

int Buzzer=7;//設(shè)置控制蜂鳴器的數(shù)字IO腳 int Led=8;void setup(){

pinMode(Buzzer,OUTPUT);

pinMode(Led,OUTPUT);//設(shè)置數(shù)字IO腳模式，Serial.println(“Read sensor:OK ”);

Serial.print(“humidity: ”);

Serial.print((float)DHT11.humidity, 2);

Serial.println(“ % ”);

Serial.print(“Temperature : ”);OUTPUT為輸出

Serial.begin(9600);

Serial.println(“DHT11 TEST PROGRAM ”);

Serial.print(“LIBRARY VERSION: ”);

Serial.println(DHT11LIB_VERSION);

Serial.println();

lcd.begin(16, 2);//初始化LCD

lcd.print(“DHT11 Thermometer”);//使屏幕顯示文字DHT Thermometer

delay(500);//延時1000ms } void loop(){//LCD

Lcd.clear();//清屏

lcd.print(“DHT11 Thermometer”);//使屏幕顯示文字LM35 Thermometer

lcd.setCursor(0, 1);//設(shè)置光標(biāo)位置為第二行第一個位置

lcd.print((float)DHT11.humidity, 2);

//顯示溫度整數(shù)位

lcd.print(“% ”);

//顯示小數(shù)點

lcd.print((float)DHT11.temperature, 2);//顯示溫度小數(shù)點后一位

lcd.print(“oC”);//顯示o符號

Serial.println(“n”);

byte i;

int chk = DHT11.read(DHT11PIN);

Serial.print((float)DHT11.temperature, 2);

Serial.println(“ oC ”);//濕度大于60%

if(DHT11.humidity<75.00)///溫度大于22度

{

digitalWrite(Led,LOW);} else {

digitalWrite(Led,HIGH);

delay(DHT11.humidity*0.2);

digitalWrite(Led,LOW);

delay(DHT11.humidity*0.1);}

/溫度大于22度

if(DHT11.temperature>24)

{

for(i=0;i<80;i++)//辒出一個頻率的聲音

{

digitalWrite(Buzzer,HIGH);//發(fā)聲音

delay(15);//延時1ms

digitalWrite(Buzzer,LOW);//不發(fā)聲音

delay(1);//延時ms

}

}

delay(1000);}

第二篇：過程控制系統(tǒng)論文

過程控制系統(tǒng)的發(fā)展史

“過程控制”是現(xiàn)代工業(yè)自動化的一個重要領(lǐng)域.隨著各類生產(chǎn)工藝技術(shù)的不斷改進提高,生產(chǎn)過程的連續(xù)化、大型化不斷強化，隨著對過程內(nèi)在規(guī)律的進一步了解，以及儀表、計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，生產(chǎn)過程控制技術(shù)獲得了更大的進展?！哆^程控制系統(tǒng)》是過程控制自動化及相關(guān)專業(yè)的一門主要專業(yè)課程。過程控制系統(tǒng)可分為常規(guī)儀表過程控制系統(tǒng)與計算機過程控制系統(tǒng)兩大類。前者在生產(chǎn)過程自動化中應(yīng)用最早，已有六十余年的發(fā)展歷史，后者是自20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的以計算機為核心的控制系統(tǒng)。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看，過程控制已經(jīng)經(jīng)歷了四個階段。

1.基地式控制階段(初級階段)

20世紀(jì)50年代,生產(chǎn)過程自動化主要是憑生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，局限于一般的控制元件及機電式控制儀器,采用比較笨重的基地式儀表(如自力式溫度控制器,就地式液位控制器等),實現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備就地分散的局部自動控制。在設(shè)備與設(shè)備之間或同一設(shè)備中的不同控制 系統(tǒng)之間，沒有或很少有聯(lián)系，其功能往往局限于單回路控制。過程控制的目的主要是幾種熱工參數(shù)(如溫度，壓力，流量及液位)的定值控制，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量的穩(wěn)定。時至今日,這類控制系統(tǒng)仍沒有被淘汰，而且還有了新的發(fā)展，但所占的比重大為減小。

2.單元組合儀表自動化階段

20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了單元組合儀表組成的控制系統(tǒng),單元組合儀表有電動和氣動兩大類。所謂單元組合,就是把自動控制系統(tǒng)儀表按功能分成若干單元，依據(jù)實際控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的需要進行適當(dāng)?shù)慕M合，因此單元組合儀表使用方便，靈活。單元組合儀表之間用標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的信號聯(lián)系，氣動儀表(QDZ系列)為20~100kPa氣壓信號，電動儀表為0~10mA直流電流信號(DDZ—Ⅱ系列）和4～20mA直流電流信號（DDZ—Ⅲ系列）。由于電流信號便于遠距離傳送，因而實現(xiàn)了集中監(jiān)控與集中操縱控制系統(tǒng),對提高設(shè)備效率和強化生產(chǎn)過程有所促進，使用那個了工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備日益大型化與連續(xù)化發(fā)展的需要。隨著儀表工業(yè)的迅速發(fā)展,對過程控制對象特性的認(rèn)識，對儀表及控制系統(tǒng)的設(shè)計計算方法等都有了較大的進步。但從設(shè)計構(gòu)思來看，過程控制仍處于各控制系統(tǒng)互不關(guān)聯(lián)或關(guān)聯(lián)甚少的定值控制范疇,只是控制的品質(zhì)有了較大的提高。單元組合儀表已延續(xù)了幾十年,目前國內(nèi)還廣泛應(yīng)用。由單元組合儀表組成的控制系統(tǒng),其控制策略主要是PID控制和常用的復(fù)雜控制系統(tǒng)(如串級、均勻、比值、前饋、分程和選擇性控制等）。

3.計算機控制的初級階段

20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了計算機控制系統(tǒng)，最初是直接數(shù)字控制(DDC)實現(xiàn)集中控制，代替常規(guī)的控制儀表。但由于集中控制的固有缺陷,未能普及與推廣就被集散控制系統(tǒng)(DCS)所替代。DCS在硬件上將控制回路分散化，數(shù)據(jù)顯示，實時監(jiān)督等功能集中化，有利于安全平穩(wěn)的生產(chǎn)。就控制策略而言，DCS仍以簡單的PID控制為主,再加上一些復(fù)雜的控制算法,并沒有充分發(fā)揮計算機的功能。

4.綜合自動化階段

20世紀(jì) 80年代以后出現(xiàn)了二級優(yōu)化控制 ,在DCS的基礎(chǔ)上實現(xiàn)先進控制和優(yōu)化控制。在硬件上采用上位機和DCS(或電動單元組合儀表)相結(jié)合，構(gòu)成二級計算機優(yōu)化控制。隨著計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，DCS出現(xiàn)了開放式系統(tǒng),實現(xiàn)多層次計算機網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的管控一體化系統(tǒng)(CIPS)。同時，以現(xiàn)場總線為標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)以微處理器為基礎(chǔ)的現(xiàn)場儀表與控制系統(tǒng)之間進行全數(shù)字化,雙向和多站通信的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(FCS)。FCS將對控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)帶來革命性變革 ,開辟控制系統(tǒng)的新紀(jì)元。

當(dāng)前自動控制系統(tǒng)發(fā)展的主要特點是:生產(chǎn)裝置實施先進控制成為發(fā)展主流;過程優(yōu)化受到普遍關(guān)注;傳統(tǒng)的DCS正在走向國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的開放式系統(tǒng);綜合自動化系統(tǒng)(CIPS)是發(fā)展方向。

綜合自動化系統(tǒng)，就是包括生產(chǎn)計劃和調(diào)度,操作優(yōu)化,先進控制和基層控制等內(nèi)容的遞階控制系統(tǒng)，亦稱管理控制一體化系統(tǒng)(簡稱管控一體化系統(tǒng))。這類自動化系統(tǒng)是靠計算機和及其網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)的,因此也稱為計算機集成過程系統(tǒng)(CIPS)。這里,“計算機集成”指出了它的組成特征，“過程系統(tǒng)”指明了它的工作對象,正好與計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)相對應(yīng),有人也稱之為過程工業(yè)的CIMS。

可以認(rèn)為，綜合自動化是當(dāng)代工業(yè)自動化的主要潮流。它以整體優(yōu)化為目標(biāo),以計算機為主要技術(shù)工具，以生產(chǎn)過程的管理和控制的自動化為主要內(nèi)容,將各個自動化 “孤島”綜合集成為一個整體的系統(tǒng)。近二十幾年來，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的迅猛發(fā)展，加劇了對人類生存環(huán)境的污染，因此,減小工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的影響也已納入了過程控制的目標(biāo)范圍,綜上所述,過程控制的主要目標(biāo)有保障生產(chǎn)過程的安全和平穩(wěn),達到預(yù)期的產(chǎn)量和質(zhì)量，盡可能減少原材料和能源消耗,把生產(chǎn)對環(huán)境的危害降低到最小程度。由此可見，生產(chǎn)過程自動化是保持生產(chǎn)穩(wěn)定、降低消耗、降低成本、改善勞動條件、促進文明生產(chǎn)、保證生產(chǎn)安全和提高勞動生產(chǎn)率的重要手段，是20世紀(jì)科學(xué)與技術(shù)進步的特征，是工業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志之一。

以上為過程控制系統(tǒng)的歷史，現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展方向。

電專111班

孟陽

120114303113

第三篇：計算機控制系統(tǒng)論文

計算機控制技術(shù)的應(yīng)用

xx（沈陽工業(yè)大學(xué) 研究生學(xué)院，遼寧省 沈陽市110000）

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們越來越多的用計算機來實現(xiàn)控制。近年來，計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測與傳感器技術(shù)、CRT顯示技術(shù)、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微電子技術(shù)的高速發(fā)展，給計算機控制技術(shù)帶來了巨大的發(fā)展，因此，設(shè)計一個性能良好的計算機控制系統(tǒng)是非常重要的。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。本文的主要目的就是在淺析計算機控制技術(shù)原理的同時，對計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢進行描述。關(guān)鍵詞：計算機控制技術(shù)；原理；應(yīng)用

中圖分類號：TP29

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：

The application of computer control technology

xxxxx(Shenyang University of Technology Shenyang 110000)

Abstract: with the development of science and technology, more and more people use computer to realize control.In recent years, computer technology, automatic control technology, measurement and sensor technology, the CRT display technology, communication and network technology and the rapid development of modern microelectronics technology, computer control technology on the development, therefore, to design a good performance of the computer control system is very important.Computer control system includes three aspects: hardware, software and control algorithm, a complete design also need to consider the anti-jamming performance of the system, the system can run effectively for a long time.The main purpose of this article is on the principle of computer control technology of shallow at the same time, the development trend of computer control system is described.Key words: computer control technology;The principle;application

1.計算機控制系統(tǒng)組成

計算機控制系統(tǒng)的組成計算機控制系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。而一個完整的計算機控制系統(tǒng)應(yīng)由下列幾部分組成：被控對象、主機、外部設(shè)備、外圍設(shè)備、自動化儀表和軟件系統(tǒng)。1.1硬件部分

計算機控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成將自動控制系統(tǒng)中的控制器的功能用計算機來實現(xiàn)，就組成了典型的計算機控制系統(tǒng)。計算機控制系統(tǒng)由計算機(工業(yè)控制機)和生產(chǎn)過程兩大部分組成。工業(yè)控制機是指按生產(chǎn)過程控制的特點和要求而設(shè)計的計算機，它包括硬件和軟件兩部分。生產(chǎn)過程包括被控對象、測量變送、執(zhí)行機構(gòu)、電氣開關(guān)等裝置。1.2 軟件部分

軟件系統(tǒng)是控制機不可缺少的重要組成部分。只有在適當(dāng)?shù)能浖到y(tǒng)支持下，控制視才能按設(shè)計的要求正常地工作。控制機的軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)

用軟件兩大類。系統(tǒng)軟件是用于計算機系統(tǒng)內(nèi)部的各種資源管理、信息處理相對 外進行聯(lián)系及提供服務(wù)的軟件。例如操作系統(tǒng)、監(jiān)控程序、語言加工系統(tǒng)和診斷 程序等。應(yīng)用軟件是用來使被控對象正常運行的控制程序、控制策略及其相應(yīng)的 服務(wù)程序。例如過程監(jiān)視程序、過程控制程序和公用服務(wù)程序等。應(yīng)用軟件是在 系統(tǒng)軟件的支持下編制完成的，它隨被控對象的特性和控制要求不同而異。通常 應(yīng)用軟件由用戶根據(jù)需要自行開發(fā)。隨著計算機過程控制技術(shù)的日趨成熟，應(yīng)用 軟件正向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的方向發(fā)展。標(biāo)準(zhǔn)的基本控制模塊由制造廠家提供給用 戶，用戶只需根據(jù)控制的要求，經(jīng)過簡單的組態(tài)過程即可生成滿足具體要求的專 用應(yīng)用軟件，大大方便了用戶，縮短了應(yīng)用軟件的開發(fā)周期。提高了應(yīng)用軟件的 可靠性。

2.計算機控制系統(tǒng)的特點

（1）結(jié)構(gòu)上：計算機控制系統(tǒng)中除測量裝置、執(zhí)行機構(gòu)等常用的模擬部件之外，其執(zhí)行控制功能的核心部件是數(shù)字計算機，所以計算機控制系統(tǒng)是模擬和數(shù)字部 件的混合系統(tǒng)。

（2）計算機控制系統(tǒng)中除仍有連續(xù)模擬信號之外，還有離散模擬、離散數(shù)字等 多種信號形式。

（3）由于計算機控制系統(tǒng)中除了包含連續(xù)信號外，還包含有數(shù)字信號，從而使 計算機控制系統(tǒng)與連續(xù)控制系統(tǒng)在本質(zhì)上有許多不同，需采用專門的理論來分析 和設(shè)計。

（4）計算機控制系統(tǒng)中，修改一個控制規(guī)律，只需修改軟件，便于實現(xiàn)復(fù)雜的 控制規(guī)律和對控制方案進行在線修改，使系統(tǒng)具有很大靈活性和適應(yīng)性。

（5）計算機控制系統(tǒng)中，由于計算機具有高速的運算能力，一個控制器（控制 計算機）經(jīng)?？梢圆捎梅謺r控制的方式而同時控制多個回路。

（6）采用計算機控制，如分級計算機控制、離散控制系統(tǒng)、微機網(wǎng)絡(luò)等，便于 實現(xiàn)控制與管理一體化，使工業(yè)企業(yè)的自動化程度進一步提高。

3.計算機控制系統(tǒng)的控制過程

（1）實時數(shù)據(jù)采集：對來自測量變送裝置的被控量的瞬時值進行檢測和輸入。

（2）實時控制決策：對采集到的被控量進行數(shù)據(jù)分析和處理，并按已定的控制 規(guī)律決定進一步的的控制過程。

（3）實時控制：根據(jù)控制決策，適時地對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任 務(wù)。

4.計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計過程

計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計過程計算機控制體系的軟件和硬件的組織構(gòu)造是根 據(jù)它聯(lián)系的設(shè)備不一樣，有所改變的，他們的組織結(jié)構(gòu)大致是一樣地，可以涉及 到系統(tǒng)設(shè)計，控制任務(wù)，軟件設(shè)計等。4.1系統(tǒng)方案設(shè)計

我們依據(jù)體系設(shè)計任務(wù)書進行總體方案設(shè)計，對體系的軟件，硬件它們的構(gòu) 造再考察它的要求，推算出合適它的的系統(tǒng)，組成一個新的系統(tǒng)。再時間很緊張 的時候可以拿現(xiàn)場的配件組合，再設(shè)計費用不到位的時候工作人員可以組織自己 設(shè)計的模式，但是要注意化風(fēng)好軟件和硬件的價格及時間，控制體系結(jié)構(gòu)它的概括微型的處理器、存儲器、選擇好接線口、傳感器、硬件的設(shè)計與調(diào)試的基本內(nèi)容。4.2控制任務(wù)

我們要對超控設(shè)備進行調(diào)研，研究，了解工作程序是再體系設(shè)計1前應(yīng)該做好的事，只有理解了它的要求，理解了它要接收的任務(wù)，涵蓋體系的終極目標(biāo)，數(shù)據(jù)流量還有準(zhǔn)確度，現(xiàn)場的要求，時間的控制，我們要嚴(yán)格按照計劃說明操控，實現(xiàn)整個系統(tǒng)操作。4.3軟件設(shè)計 計算機軟件的設(shè)計要依據(jù)體系規(guī)劃的總意見，確定體系下所要完成的各種功能及完成這些系統(tǒng)性能的推理和時差序關(guān)系，并用合理組成部件表格畫出來。他們是根據(jù)體系組成表格不同的功能，分別規(guī)劃出相應(yīng)的控制體系所需要的軟件。例如仿真的量輸入和仿真量輸出及數(shù)據(jù)處理還有互聯(lián)和打字版處理格式等。每一種表格都可以單獨進行實驗調(diào)試，各種表格分別實驗調(diào)試好以后，再按工作路線圖推理和時間順序關(guān)系將他們正確組合、互相連接、實驗和調(diào)試。

4.4現(xiàn)場安裝調(diào)試

首先要按設(shè)計計劃合理組裝裝，對體系結(jié)構(gòu)進行大體的演練和比較準(zhǔn)確的演練，結(jié)合演練的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)重置體系的置和儲存數(shù)據(jù)進行軟硬件的調(diào)試，他們的構(gòu)件組成都可以在演練數(shù)據(jù)下用對演練數(shù)據(jù)進行試研的辦法同時進行，同時他們要進行統(tǒng)一的實驗及推理，仿真物體是這個體系驗證的最基本要求，而好的體系的數(shù)據(jù)調(diào)整實試要在現(xiàn)場進行。

5.計算機控制技術(shù)在自動化生產(chǎn)線上的應(yīng)用

工業(yè)機器手臂的自動化的沖壓生產(chǎn)線運行循環(huán)路線可以簡單概括為：上下料機構(gòu)板材沖壓。鋼板物料的傳送、線頭板料清洗涂油、鋼板板物料料位置校正、第一臺壓床沖壓、下料機器手臂提取物料、壓床再次沖壓、依設(shè)計流程傳到下一個工序、機器人收取物料并裁剪、把它輸送到下一臺壓床、下一臺機器人接著提取物料、把物料放到輸送裝置上，工人開始按規(guī)定型號堆積板材。用工業(yè)機器人的自動化的生產(chǎn)線，會更加符合現(xiàn)再經(jīng)濟發(fā)展的需求及技術(shù)方面的創(chuàng)新。機器人手自動的化生產(chǎn)線適用于現(xiàn)在大規(guī)模的生產(chǎn)的各個行業(yè)，也適合已有生產(chǎn)線實現(xiàn)全自動的業(yè)再次更新，工程機器人自動的生產(chǎn)線通過改變不同的軟件，它可應(yīng)用于很多車型生產(chǎn)，它的可控制性能很好，工業(yè)機器人體系組成包括上下料結(jié)構(gòu)、清洗涂油機體系對各種型號的沖床兼上下料體系、物料輸送體系。各個分體系連接間的電氣化操控是按照統(tǒng)一操做控制和刪減控制的原則，他們再不同附件的操控系統(tǒng)中，他們是應(yīng)用了機械與構(gòu)建操控的很有代表性的一個組成，他們每個級別都應(yīng)用不一樣的互聯(lián)網(wǎng)工程和軟硬件控制，以達到不同的設(shè)計效果實現(xiàn)自動化。各部分操控體系采用具有現(xiàn)場總線形式的PtC操控方法，他有獨立操控和智能操控的特點。為確?？刂企w系正常運轉(zhuǎn)，我們在車間總的線路全部采用西門子Proflbus總線及di數(shù)字化的局域計算機網(wǎng)絡(luò)的分布式包交換技術(shù)體系。每個監(jiān)督控制結(jié)構(gòu)的PiC之間及PiC與上～個機械間的聯(lián)系全部采用了現(xiàn)代化的集成板的局域電腦互聯(lián)網(wǎng)的分布式包交換技術(shù)，供監(jiān)控體系相互聯(lián)系時應(yīng)用。沖床機的運動中樞應(yīng)連接Ethetnet csrd與機器人的操控體系聯(lián)網(wǎng)，操控體系與工業(yè)機器人的聯(lián)系方式是通過Proflbus．DP的總路線連接的他們實現(xiàn)了信息的互換和連接。連接體系采用了HMI SIEMENS的觸摸技術(shù)，在每一個可操控的部件上都放置一個顯示屏，它應(yīng)用了Proflbus的數(shù)據(jù)連接。各個部件都安裝了信息指示燈和緊急開關(guān)，屏幕可看到系統(tǒng)信息及顯示錯誤出現(xiàn)在那里，與這個設(shè)備有聯(lián)系的的i＼O 信號在HMi上顯示，他們以紅燈和黃燈區(qū)分。系統(tǒng)如果發(fā)現(xiàn)哪里有情況，將會鳴笛警報，顯示屏上將會出現(xiàn)問題出現(xiàn)在那里，以便維修人員查找。這個體系還有演練數(shù)字場景的能力，在磨擬演練中，它的壓力和轉(zhuǎn)動速度可能會影響到生產(chǎn)還有可能會發(fā)生操作控制與機械運轉(zhuǎn)不同步的可能，體系是通機器人的離線程序控制的機器人的運行路線，來減少生產(chǎn)現(xiàn)場的實驗休整周期。機器人沖壓設(shè)備再生產(chǎn)中使用面很廣，他改變了傳統(tǒng)的勞動模式，改善了勞動條件及強度，確保了生產(chǎn)的安全，提高生產(chǎn)的進度及產(chǎn)品的合格率，它不但材料的生產(chǎn)流程還減少了浪費，節(jié)約了時間，縮小了生產(chǎn)成本，隨著生產(chǎn)線的制作、調(diào)試設(shè)備的周期設(shè)計時間不斷提前，機器人自動化生產(chǎn)線越來越為汽車主機廠所接受，成為沖壓自動化生產(chǎn)線的主流。

6.豎爐球團計算機控制系統(tǒng)

結(jié)合球團生產(chǎn)的特點，將豎爐球團T藝分解為四組，即配料烘干組、潤磨旁路組、造球組、豎爐組根據(jù)現(xiàn)場的實際情況。系統(tǒng)的控制設(shè)備主要分布在總控室和現(xiàn)場設(shè)備控制站，其中豎爐組控制箱全部放在總控室。按照豎爐自動系統(tǒng)的控制要求和各設(shè)備的功能，系統(tǒng)可分為四層，各層設(shè)備和功能如下。

第一層為處于系統(tǒng)底層—— 檢測元器件與執(zhí)行機構(gòu)。該層主要有電動蝶閥、放散閥、各種儀器儀表、變頻器以及快切閥等。主要完成生產(chǎn)設(shè)備的操作和工藝參數(shù)的監(jiān)測，執(zhí)行來自PLC的程序指令，并做出相應(yīng)的操作或顯示實時監(jiān)測數(shù)據(jù)參數(shù)。

第二層為PLC控制層，包括CPU模塊，PS模塊，DI、DO、AI、AO模塊，ET200M模塊和各種網(wǎng)絡(luò)通信接口適配器等 主要完成整個系統(tǒng)PLC站的控制網(wǎng)絡(luò)集成，負(fù)責(zé)接收從設(shè)備層傳送的信息、數(shù)據(jù)和上位機控制的命令，并將這些命令再反饋到設(shè)備層，完成中央信息層與設(shè)備層之間的信息、數(shù)據(jù)、命令傳輸及交換

第三層為中央信息層，即上位機控制層。監(jiān)控上位機是j臺研華IPC一610H工控機(配有Windowsxp操作系統(tǒng)，并安裝STEP75．4西門子編程軟件和組態(tài)軟件)，一臺為操作員站，一臺為T程師站，另外一臺作為操作員站和工程師站的熱備；兩臺彩色噴墨打印機和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備等組成。通過上位機，操作人員可以遠程控制現(xiàn)場各設(shè)備的運行，完成實時監(jiān)測參數(shù)和現(xiàn)場設(shè)備運行狀態(tài)的控制，歷史數(shù)據(jù)的記錄、查看，報警與故障的提示和處理等功能

第四層為網(wǎng)絡(luò)和其他外部保護設(shè)備 工業(yè)以太網(wǎng)交換機、不間斷電源(UPS)、信號避雷器和隔離器，用于發(fā)生斷電、雷擊或電磁干擾等情況，各種設(shè)備仍能安全穩(wěn)定地運行且信號正確無誤傳送。

7.總結(jié)

計算機控制就是用計算機對一個動態(tài)對象或過程進行控制。在計算機控制系統(tǒng)中，用計算機代替自動控制系統(tǒng)中的常規(guī)控制設(shè)備，對動態(tài)系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)和控制，這是對自動控制系統(tǒng)所使用的技術(shù)裝備的一種革新。通過大量的閱讀關(guān)于計算機控制的文章，了解到了計算機控制與我們密切相關(guān)，無處不在。也隨著社會的發(fā)展，人們也越來使用計算機來控制，對與一些企業(yè)來說使用計算機控制，雖然技術(shù)或者一些儀器需要大量的資金，但是從長遠方面來看，它節(jié)省了人力物力。從算機控制的技術(shù)應(yīng)用的方面的考慮，我認(rèn)為計算機控制的技術(shù)發(fā)展?jié)摿€是很大的，值得我們?nèi)W(xué)習(xí)去研究?？傊?，隨著計算機軟件技術(shù)的逐漸發(fā)展，計算機的操作控制正逐步的進入到生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。所以我們要不斷創(chuàng)新改革，創(chuàng)作出一個更好的控制體系是非常有意義的。

參考文獻

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第四篇：東北電力大學(xué)自動化計算機控制系統(tǒng)課程設(shè)計論文

東北電力大學(xué)自動化計算機控制系統(tǒng)課程設(shè)計論文

1.題目背景與意義

《計算機控制系統(tǒng)》是一門技術(shù)性、應(yīng)用性很強的學(xué)科，實驗課教環(huán)節(jié)是它的一個極為重要的環(huán)節(jié)。不論是硬件擴展、接口應(yīng)用還是編程方法、程序調(diào)試，都離不開實驗課教學(xué)。如果不在切實認(rèn)真地抓好學(xué)生的實踐技能的鍛煉上下功夫，單憑課堂理論課學(xué)習(xí)，勢必出現(xiàn)理論與實踐脫節(jié)，學(xué)習(xí)與應(yīng)用脫節(jié)的局面。

《計算機控制系統(tǒng)》課程設(shè)計的目的就是讓同學(xué)們在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過完成一個涉及MCS-51單片機A/D和D/A多種資源應(yīng)用并具有綜合功能的小系統(tǒng)目標(biāo)板的設(shè)計與編程應(yīng)用，使學(xué)生不但能夠?qū)⒄n堂上學(xué)到的理論知識與實際應(yīng)用結(jié)合起來，而且能夠?qū)﹄娮与娐?、電子元器件、等方面的知識進一步加深認(rèn)識，同時在系統(tǒng)設(shè)計、軟件編程、相關(guān)儀器設(shè)備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高。

設(shè)計題目介紹

設(shè)計一個基于單片機的具有A/D和D/A功能的信號測控裝置。要求該信號測控裝置能夠接入典型傳感器、變送器信號，同時可輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓/電流信號。并滿足抗干擾、通用性、安全性、性價比等原則性要求。

標(biāo)準(zhǔn)電壓/電流信號此處定為：0～5V/4～20mA

(0～20mA

2.1發(fā)揮部分

1)

可將系統(tǒng)擴展為多路。可在此系統(tǒng)中擴展鍵盤、顯示（LCD/LED）、與上位機通訊功能。

2)

完成以上基本設(shè)計部分之后，可以運用Protues仿真軟件對設(shè)計結(jié)果進行相應(yīng)的編程和仿真，調(diào)試測控系統(tǒng)并觀察其運行結(jié)果(可以分部分完成)。

系統(tǒng)總體框架

圖1總體框圖

系統(tǒng)硬件設(shè)計

4.1

AT89C52

4.1.1

AT89C52的主要工作特性

片內(nèi)程序存儲器內(nèi)含8KB的Flash程序存儲器，可擦寫壽命為1000次；

片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)含256字節(jié)的RAM；

具有32根可編程I/O口線；

具有3個可編程定時器；

中斷系統(tǒng)是具有8個中斷源、6個中斷矢量、2個級優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)；

串行口是具有一個全雙工的可編程串行通信口；

具有一個數(shù)據(jù)指針DPTR；

低功耗工作模式有空閑模式和掉電模式；

具有可編程的3級程序鎖定位；

AT89C52工作電源電壓為5（1+0.2）V，且典型值為5V；

AT89C52最高工作頻率為24MHz。

4.1.2

AT89C52的最小電路

圖2

AT89C52最小電路圖

4.2

ADC0809

4.2.1

ADC0809概述

ADC0809是8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片

4.2.2

ADC0809的主要特性

1）8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。

2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕?/p>

3）轉(zhuǎn)換時間為100μs(時鐘為640kHz時)，130μs（時鐘為500kHz時）

4）單個+5V電源供電。

5）模擬輸入電壓范圍0～+5V，不需零點和滿刻度校準(zhǔn)。

6）工作溫度范圍為-40～+85攝氏度。

7）低功耗，約15mW。

4.2.3

ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時電路組成。

圖3

ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖4

ADC0809引腳圖

圖5

ADC0809

與AT89S52的連接電路

4.3

DAC0832

4.3.1

DAC832的主要特性參數(shù)

*

分辨率為8位；

*

電流穩(wěn)定時間1us；

*

可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；

*

只需在滿量程下調(diào)整其線性度；

*

單一電源供電（+5V～+15V）；

*

低功耗，20mW。

4.3.2

DAC0832的工作方式及引腳圖

根據(jù)對DAC0832的數(shù)據(jù)鎖存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。

DAC0832引腳圖如圖6所示

DC0832是采樣頻率為八位的D/A轉(zhuǎn)換芯片，集成電路內(nèi)有兩級輸入寄存器，使DAC0832芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等)。所以這個芯片的應(yīng)用很廣泛,關(guān)于DAC0832應(yīng)用的一些重要資料見下圖：

D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。若需要相應(yīng)的模擬電壓信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運算放大器實現(xiàn)。運放的反饋電阻可通過RFB端引用片內(nèi)固有電阻，也可外接。DAC0832邏輯輸入滿足TTL電平，可直接與TTL電路或微機電路連接。

圖6

D/A轉(zhuǎn)換器引腳圖

4.3.3

DAC0832的數(shù)模轉(zhuǎn)換圖

圖7

DAC0832的數(shù)模轉(zhuǎn)換圖

4.4

MAX7219

MAX|X7219/MAX7221是一種集成化的串行輸入/輸出共陰極顯示驅(qū)動器,它連接微處理器與8位數(shù)字的7段數(shù)字LED顯示，也可以連接條線圖顯示器或者64個獨立的LED。

4．4.2

MAX7219的功能特性

10MHz連續(xù)串行口

獨立的LED段控制

數(shù)字的譯碼與非譯碼選擇

150μA的低功耗關(guān)閉模式

亮度的數(shù)字和模擬控制

高電壓中斷顯示

共陰極LED顯示驅(qū)動

限制回轉(zhuǎn)電流的段驅(qū)動來減少EMI（MAX7221）

SPI,QSPI,MICROWIRE串行接口（MAX7221）

24腳的DIP和

SO

封裝

4.5

LED顯示

圖9

為MAX7219的8位LED顯示電路實例。圖5中，單片機89C52的P1.0、P1.1分別接MAX7219的串行數(shù)據(jù)輸入端DIN和時鐘信號CLK,P1作為LOAD信號。電阻R根據(jù)不同的LED選值，范圍在7KΩ～

60KΩ之間。

圖8　MAX7219

應(yīng)用電路

5.系統(tǒng)軟件設(shè)計

圖9系統(tǒng)軟件框圖

6.結(jié)論

通過這次設(shè)計，我加深了對《計算機控制系統(tǒng)》這門課的了解，在查資料的過程中了解了各種芯片的作用和特點，尤其是對單片機的了解，懂得了如何將已學(xué)到的知識運用到實際中去，加深了對課本知識的理解，也學(xué)到了一些在課本中學(xué)不到的知識。

在設(shè)計的過程中我們克服了各種困難，了解了科研的艱辛，也培養(yǎng)了我們查閱資料自學(xué)的能力，使我們的學(xué)習(xí)能力和適應(yīng)能力得到了提高

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第五篇：《過程控制系統(tǒng)》期末考查論文

《過程控制系統(tǒng)》期末考查論文

——集散控制系統(tǒng)簡介

DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（Distributed Control System），在國內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)。是相對于集中式控制系統(tǒng)而言的一種新型計算機控制系統(tǒng)，它是在集中式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展、演變而來的，綜合了計算機、通訊、顯示和控制等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。

概 述

首先，DCS的骨架—系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，它是DCS的基礎(chǔ)和核心。由于網(wǎng)絡(luò)對于DCS整個系統(tǒng)的實時性、可靠性和擴充性，起著決定性的作用，因此各廠家都在這方面進行了精心的設(shè)計。對于DCS的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)來說，它必須滿足實時性的要求，即在確定的時間限度內(nèi)完成信息的傳送。這里所說的“確定”的時間限度，是指在無論何種情況下，信息傳送都能在這個時間限度內(nèi)完成，而這個時間限度則是根據(jù)被控制過程的實時性要求確定的。在系統(tǒng)實際運行過程中，各個節(jié)點的上網(wǎng)和下網(wǎng)是隨時可能發(fā)生的，特別是操作員站，這樣，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)會經(jīng)常進行，而這種操作絕對不能影響系統(tǒng)的正常運行，因此，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有很強在線網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)功能。

其次，這是一種完全對現(xiàn)場I/O處理并實現(xiàn)直接數(shù)字控制（DDC）功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。一般一套DCS中要設(shè)置現(xiàn)場I/O控制站，用以分擔(dān)整個系統(tǒng)的I/O和控制功能。DCS的操作員站是處理一切與運行操作有關(guān)的人機界面功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。工程師站是對DCS進行離線的配置、組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，其主要功能是提供對DCS進行組態(tài)，配置工作的工具軟件（即組態(tài)軟件），并在DCS在線運行時實時地監(jiān)視DCS網(wǎng)絡(luò)上各個節(jié)點的運行情況，使系統(tǒng)工程師可以通過工程師站及時調(diào)整系統(tǒng)配置及一些系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定，使DCS隨時處在最佳的工作狀態(tài)之下。

發(fā)展歷史

2）采用帶CRT顯示器的操作站與過程單元分離，實現(xiàn)集中監(jiān)視，集中操作

3）采用較先進的冗余通信系統(tǒng)

第二階段

1980—1985.，在這個時期集散控制系統(tǒng)的技術(shù)特點表現(xiàn)為：

1）微處理器的位數(shù)提高，CRT顯示器的分辨率提高

2）強化的模塊化系統(tǒng)

3）強化了系統(tǒng)信息管理，加強通信功能

第三階段

1985年以后，集散系統(tǒng)進入第三代，其技術(shù)特點表現(xiàn)為：

1）采用開放系統(tǒng)管理

2）操作站采用32位微處理器

3）采用實時多用戶多任務(wù)的操作系統(tǒng)

進入九十年代以后，計算機技術(shù)突飛猛進，更多新的技術(shù)被應(yīng)用到了DCS之中。PLC是一種針對順序邏輯控制發(fā)展起來的電子設(shè)備，它主要用于代替不靈活而且笨重的繼電器邏輯。現(xiàn)場總線技術(shù)在進入九十年代中期以后發(fā)展十分迅猛，以至于有些人已做出預(yù)測：基于現(xiàn)場總線的FCS將取代DCS成為控制系統(tǒng)的主角。

特點介紹

1.高可靠性：由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺計算機上實現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯設(shè)計，因此某一臺計算機出現(xiàn)的故障不會導(dǎo)致系統(tǒng)其它功能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各臺計算機所承擔(dān)的任務(wù)比較單一，從而使系統(tǒng)中每臺計算機的可靠性也得到提高。

2.開放性：DCS采用開放式、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè)計，系統(tǒng)中各臺計算機采用局域網(wǎng)方式通信，實現(xiàn)信息傳輸，當(dāng)需要改變或擴充系統(tǒng)功能時，可將新增計算機方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計算機的工作。

3.靈活性：通過組態(tài)軟件根據(jù)不同的流程應(yīng)用對象進行軟硬件組態(tài)，即確定測量與控制信號及相互間連接關(guān)系、從控制算法庫選擇適用的控制規(guī)律以及從圖形庫調(diào)用基本圖形組成所需的各種監(jiān)控和報警畫面，從而方便地構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)。

4.易于維護：功能單一的小型或微型專用計算機，具有維護簡單、方便的特點，當(dāng)某一局部或某個計算機出現(xiàn)故障時，可以在不影響整個系統(tǒng)運行的情況下在線更換，迅速排除故障。

5.協(xié)調(diào)性：各工作站之間通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送各種數(shù)據(jù)，整個系統(tǒng)信息共享，協(xié)調(diào)工作，以完成控制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化處理。

6.控制功能齊全：控制算法豐富，集連續(xù)控制、順序控制和批處理控制于一體，可實現(xiàn)串級、前饋、解耦、自適應(yīng)和預(yù)測控制等先進控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。DCS的構(gòu)成方式十分靈活，可由專用的管理計算機站、操作員站、工程師站、記錄站、現(xiàn)場控制站和數(shù)據(jù)采集站等組成，也可由通用的服務(wù)器、工業(yè)控制計算機和可編程控制器構(gòu)成。

結(jié) 構(gòu)

從結(jié)構(gòu)上劃分，DCS包括過程級、操作級和管理級。過程級主要由過程控制站、I/O單元和現(xiàn)場儀表組成，是系統(tǒng)控制功能的主要實施部分。操作級包括：操作員站和工程師站，完成系統(tǒng)的操作和組態(tài)。管理級主要是指工廠管理信息系統(tǒng)（MIS系統(tǒng)），作為DCS更高層次的應(yīng)用，目前國內(nèi)紙行業(yè)應(yīng)用到這一層的系統(tǒng)較少。

DCS的控制程序：DCS的控制決策是由過程控制站完成的，所以控制程序是由過程控制站執(zhí)行的。

過程控制站的組成：

DCS的過程控制站是一個完整的計算機系統(tǒng)，主要由電源、CPU（中央處理器）、網(wǎng)絡(luò)接口和I/O組成I/O：控制系統(tǒng)需要建立信號的輸入和輸出通道，這就是I/O。DCS中的I/O一般是模塊化的，一個I/O模塊上有一個或多個I/O通道，用來連接傳感器和執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）。

I/O單元：通常，一個過程控制站是有幾個機架組成，每個機架可以擺放一定數(shù)量的模塊。CPU所在的機架被稱為CPU單元，同一個過程站中只能有一個CPU單元，其他只用來擺放I/O模塊的機架就是I/O單元。

相關(guān)控制系統(tǒng)

計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，引起了自動化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革，一種世界上最新型的控制系統(tǒng)即現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System，F(xiàn)CS）在上世紀(jì)九十年代走向?qū)嵱没?，并正以迅猛的勢頭快速發(fā)展。

FCS可以說是第五代過程控制系統(tǒng)，是由PLC（Programmable Controller）或DCS（Distributed Control System）發(fā)展而來的。FCS與PLC及DCS之間有千絲萬縷的聯(lián)系，又存在著本質(zhì)的差異。本文針對PLC、DCS、FCS三大控制系統(tǒng)的特點和差異作一分析。

PLC、FCS控制系統(tǒng)的基本特點

PLC

1．從開關(guān)量控制發(fā)展到順序控制、運算處理，是從下往上的。

2．邏輯控制、定時控制、計數(shù)控制、步進(順序)控制、連續(xù)PID控制、數(shù)據(jù)控制――PLC具有數(shù)據(jù)處理能力、通信和聯(lián)網(wǎng)等多功能。

3．可用一臺PC機為主站，多臺同型PLC為從站。

4．也可一臺PLC為主站，多臺同型PLC為從站，構(gòu)成PLC網(wǎng)絡(luò)。這比用PC機作主站方便之處是：有用戶編程時，不必知道通信協(xié)議，只要按說明書格式寫就行。

5．PLC網(wǎng)絡(luò)既可作為獨立DCS/TDCS，也可作為DCS/TDCS的子系統(tǒng)。

6．主要用于工業(yè)過程中的順序控制，新型PLC也兼有閉環(huán)控制功能。FCS

1．FCS是第五代過程控制系統(tǒng)，它是21世紀(jì)自動化控制系統(tǒng)的方向。是3C技術(shù)（Communication，Computer，Control）的融合。基本任務(wù)是：本質(zhì)（本征）安全、危險區(qū)域、易變過程、難于對付的非常環(huán)境。

2.全數(shù)字化、智能、多功能取代模擬式單功能儀器、儀表、控制裝置。

3．用兩根線聯(lián)接分散的現(xiàn)場儀表、控制裝置，取代每臺儀表的兩根線?！艾F(xiàn)場控制”取代“分散控制”；數(shù)據(jù)的傳輸采用“總線”方式。

4．從控制室到現(xiàn)場設(shè)備的雙向數(shù)字通信總線，是互聯(lián)的、雙向的、串行多節(jié)點、開放的數(shù)字通信系統(tǒng)取代單向的、單點、并行、封閉的模擬系統(tǒng)。

5．用分散的虛擬控制站取代集中的控制站。

6．把微機處理器轉(zhuǎn)入現(xiàn)場自控設(shè)備，使設(shè)備具有數(shù)字計算和數(shù)字通信能力，信號傳輸精度高，遠程傳輸。實現(xiàn)信號傳輸全數(shù)字化、控制功能分散、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一全開放。

7．可上局域網(wǎng)，再可與internet相通。既是通信網(wǎng)絡(luò)，又是控制網(wǎng)絡(luò)。

應(yīng)用差異

下面就DCS與FCS系統(tǒng)在具體應(yīng)用方面進行比較。前題是DCS系統(tǒng)與典型的、理想的FCS系統(tǒng)進行比較。

具體比較：

1．DCS系統(tǒng)是個大系統(tǒng)，其控制器的功能強而且在系統(tǒng)中的作用十分重要，數(shù)據(jù)公路更是系統(tǒng)的關(guān)鍵，所以，必須整體投資一步到位，事后的擴容難度較大。而FCS功能下放較徹底，信息處理現(xiàn)場化，數(shù)字智能現(xiàn)場裝置的廣泛采用，使得控制器功能與重要性相對減弱。因此，F(xiàn)CS系統(tǒng)投資起點低，可以邊用、邊擴、邊投運。

2．DCS系統(tǒng)是封閉式系統(tǒng)，各公司產(chǎn)品基本不兼容。而FCS系統(tǒng)是開放式系統(tǒng)，不同廠商、不同品牌的各種產(chǎn)品基本能同時連入同一現(xiàn)場總線，達到最佳的系統(tǒng)集成。

3．DCS系統(tǒng)的信息全都是二進制或模擬信號形成的，必須通過D/A與A/D轉(zhuǎn)換。而FCS系統(tǒng)將D/A與A/D轉(zhuǎn)換在現(xiàn)場一次表完成，實現(xiàn)全數(shù)字化通信，使精度得到大的提高，可提高到0.1%。并且FCS系統(tǒng)可以將PID閉環(huán)控制功能裝入現(xiàn)場設(shè)備中，縮短了控制周期，提高運算速度，改善調(diào)節(jié)性能。

4．FCS由于信息處理現(xiàn)場化，與DCS相比可以省去相當(dāng)數(shù)量的隔離器、端子柜、I/O終端、I/O卡件、I/O文件及I/O柜，同時也節(jié)省了I/O裝置及裝置室的空間與占地面積。同時，F(xiàn)CS可以減少大量電纜與敷設(shè)電纜用的橋架等，同時也節(jié)省了設(shè)計、安裝和維護費用。

5．FCS相對于DCS組態(tài)簡單，由于結(jié)構(gòu)、性能標(biāo)準(zhǔn)化，便于安裝、運行、維護。

結(jié) 論

在未來，工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，數(shù)字技術(shù)向智能化、開放性、網(wǎng)絡(luò)化、信息化發(fā)展，同時，工業(yè)控制軟件也將向標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、開放性發(fā)展。因此現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS的出現(xiàn)，數(shù)字式分散控制DCS及PLC并不會消亡，DCS及PLC系統(tǒng)會更加向智能化、開放性、網(wǎng)絡(luò)化、信息化發(fā)展?；蛑皇菍⑦^去處于控制系統(tǒng)中心地位的DCS移到現(xiàn)場總線的一個站點上去。這樣說，DCS或PLC處于控制系統(tǒng)中心地位的局面從此將被打破。今后的控制系統(tǒng)將會是：FCS處于控制系統(tǒng)中心地位，兼有DCS、PLC系統(tǒng)一種新型標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、開放性、網(wǎng)絡(luò)化、信息化控制系統(tǒng)。