| 单词 | 工业控制机 |
| 释义 | 【工业控制机】 即工业控制计算机，又称“过程控制机”、“工业用计算机”等，是以电子计算机为核心的测量和控制系统。整个工业测控系统一般由传感器、过程输入／输出设备、计算机以及报告机构等部分组成。 1950年前后，计算机作为测控系统，主要着眼于导弹和飞机测控等方面的应用。由于当时的计算机体积大、耗能多且可靠性差等原因，被认为无大的潜力。1956年，美国TRW航空公司和Texaco公司联合提出了一个可行性研究报告，决定研制德克萨斯州Port Arthur炼油厂的一台聚合装置的计算机测控系统，揭开了计算机用于工业过程控制的序幕。这套系统于1959年投入运行，它可控制26个流量，72个温度，3个压力和3个成分等物理量。其基本功能是使反应器的压力最小，实现5个反应器供料的最佳分配，以及根据催化剂性能的测量结果控制热水的流量，以确定最佳循环。这项工作的成功，使工业界看到了计算机在提高工业生产自动化上的潜力，也为科技界开拓了一个新的研究领域。从此各国竞相参与适合于工业过程控制的计算机的研究。1962年，英国研制出一套以Ferranti Argus计算机为核心的过程控制系统，它以数字技术取代原有的模拟技术，保持系统的功能不变，可直接测量224个过程参数并控制129个阀门。由于这段时期计算机速度慢、价格贵、可靠性差、体系结构不合理、使用不方便等原因，使工业控制机系统未能得到推广应用，但在计算机测控技术(例如采样周期选择，控制算法及可靠性技术)等方面的研究有很大的进展。60年代中期，电子工业的高速发展，使计算机技术取得重大进展。这个时期的计算机体积减小、速度加快、运行可靠性加强、价格更加便宜，因此计算机测控系统也随之得到迅速发展和推广应用。应时测控系统中使用的计算机主要为16位字长的小型计算机，如CDC 1700，PDP－11以及NOVA等机型。随之系列化的小型式业控制计算机系统，CNC数控装置，小型可编程序控制器等得到较快的发展。70年代初，微电子技术发展加快，相继出现了大规模和超大规模集成电路及微处理器芯片，采用微处理器的工业控制装置、数控装置、可编程控制器、数据通信装置、数字信号处理技术和信号处理机等相继问世并迅速发展。这个时期的工业测控计算机系统通常都采用开放式结构和总线系统(如S100总线、VME总线、STD总线、Malti Ⅰ和Ⅱ等)。1976年，IEC研究提出Proway(过程数据公路)标准规程草案，后又出现MAP标准，为分散型系统的发展奠定了基础。80年代初期，单回路调节器研制成功；光纤通信技术引进分散型控制系统的公路，微型可编程控制器以及快速通信系统研制成功。80年代中后期至90年代初，工业控制机主要从两个方面发展：其一为以大系统和分散对象应用为主，采用分布式系统结构，发展分散型控制系统；另一方面为适应工业过程、科学试验和测量自动化，发展适合于中低层次的工业测量与控制系统。采用开放式系统结构，从数据采集、处理、控制等方面考虑，在继承集中式体系结构的基础上进行联网。1987年美国Foxboro公司首先推出的I／A智能自动化控制系统为工厂信息集成和自动化系统提供了最新结构。计算机是工业控制系统的主要组成部分，过程I／O系统与计算机采用不同的接口关系，系统的基本结构模式决定于它们的接口关系，基本结构模式有内总线结构和外总线结构。内总线结构中各过程I／O子系统的各接口模板与计算机总线(如XTD BUS、PC BUS、Q-BUS MultiBUS等)直接连接。其主要优点是：速度快、效率高、成本低、体积小，并且能与各种高级语言兼容，编程容易。外总线系统结构中是把过程I／O接口模块和一种测控I／O总线相连接，I／O总线再经中间的总线转换器与计算机总线相连接(如CAMAC系统)。通常过程I／O可成为独立于计算机系统的单独的机箱，能与多种计算机相连接。由于微电子技术的进步，新一代的计算机的主要功能已可做在一块STD总线模板上11．43cm×16．5cm，称之为All in One。故内总线结构已成为工业控制机测检系统的主要结构。工业控制机系统主要有以下几种类型：1．可编程控制器(PLC或PC)，是一种高性能的计算机实时控制系统，由早期的继电器逻辑控制系统与微计算机技术结合发展而来。它吸取了微电子技术和计算机技术的最新成果，适应于工业控制的各领域。1969年，美国DEC公司研制出世界第一台可编程序逻辑控制器(PLC)PDP-14，成功应用于GM公司汽车生产线。70年代中期，大规模微处理器芯片被用于PLC中，极大增强了其运算与通信功能，PLC产品演化成可编程序控制器(PC)。PC可实现：条件控制、限时控制、计数控制、步进控制、模／数(A／D)和数／模(D／A)转换、数据处理、通信和联网、对控制系统进行检控等。2．单回路调节器(可编程调节器)，它是－个简单的计算机闭环控制系统，即直接数字控制系统(DDC)。70年代后期，美国泰勒公司和日本山武－霍尼维尔公司最早开始研制，后各国大仪表公司竞相投入研究。它主要由模拟量输入(AI)、模拟量输出(AO)、开关量输入(DI)、开关量输出(DO)、CPU、存储器、键盘和各种接口组成。一般控制的回路数较少，硬件简单，软件丰富。它可以单独作为一台微机控制系统使用，也可作为分散控制系统中的主要组成部分。3．微机测控系统，通常由计算机和过程I／O两部分组成。其中计算机可由不同的CPU系列组成，过程I／O部分则包括模拟量I／O子系统和开关量I／O子系统。系统采用顺序控制方式或者DDC控制方式，甚至综合两种方式为一体。如各种微机程控装置、数据装置、数据采集系统、微机自动测量、控制系统以及STD总线、VME总线、Multi总线工业控制机模板系列等。典型的STD总线工业控制机系统除由CPU、存储器、人机接口模板构成基本计算机系统外，还有控制开关量、数字量和模拟量的输入／输出接口模板，均以STD系列总线相联。系统中的计算机总线即为系统总线。CPU直接通过STD总线实现控制功能。Multi总线和VME总线组成的系统多采用这种结构。常用的还有称为“工业PC”的工业控制机系统，它取消了IBM PC中的母板，采用通用的底板总线插座系统，母板变成几块PC插件，电源代以工业电源，机箱密封、以正压双风扇散热，再配以相应的工业用软件，加之其它的一些提高可靠性、抗干扰能力及模板设计的措施，使“工业PC”特别适合于工业自动测控系统。4．分散式计算机测控系统，是70年代中期发展起来的。它通常采用“管理集中、控制分散”的设计方法，故又称集散系统。集散系统采用一台主计算机作中央处理机，指挥若干现场测控的下位计算机和智能控制单元。下位机或控制单元直接进行现场过程测量控制，向上位机报告过程情况。中央处理机则负责全局综合控制、管理、调度、计划、报告等。集散系统也可以是更多级的。5．单片微控制器，即将CPU、RAM、ROM、CTC多功能I／O口，甚至图形控制器、操作系统等集成于一起的单片计算机。它已广泛应用于工业测控领域，它将对新产业的自动控制以及传统工业的技术改造起到巨大的作用。微电子技术、通信技术、CRT技术、控制技术的进步以及微处理器的广泛应用深刻影响着工业控制机的发展。目前，分布式体系结构和集中式体系结构互为补充，工业控制局部网络已成为工业控制机系统发展的重要方向，分散控制系统和工业微型机测量与控制系统成为主流，过程控制与管理有机结合，智能自动化系统成为国际上工业控制的发展方向。工业控制机技术的发展趋势为小型化、组合化、模块化、标准化。(中国科技大学张永明副教授撰) |
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