浅谈计算机控制系统的应用及其运算速度

曾显伟

[摘 要]信息技术引起全面而深刻的社会变革，计算机及其相关技术已经影响到人类生活的各个领域。使人的思维方式和生活方式发生了巨大的变化。如今，计算机的应用能力是对现代社会对职业技术人才的一项基本要求。本文就计算机控制系统的应用及其运算速度做了浅谈。

[关键词]计算机 ； 控制系统 ； 运算

一、计算机控制系统

计算机控制技术及工程应用是把计算机技术与自动化控制系统融为一体的一门综合性学问，是以计算机为核心部件的过程控制系统和运动控制系统。从计算机应用的角度出发，自动化控制工程是其重要的一个应用领域；而从自动化控制工程来看，计算机技术又是一个主要的实现手段。 计算机控制系统的概述计算机控制系统（Computer Control System，简称CCS）是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。工业上定义为利用计算机实现工业生产过程的自动控制系统。

控制系统的发展趋势：向国产DCS 系统转移，向PLC 转移，向现场总线控制系统FCS 转移，而以 PC 为基础的控制系统（PC-Based Control System， PCBCS）也呈现良好的发展态势。

"过程控制"是现代工业自动化的一个重要领域.随着各类生产工艺技术的不断改进提高，生产过程的连续化、大型化不断强化，随着对过程内在规律的进一步了解，以及仪表、计算机技术的迅猛发展，生产过程控制技术获得了更大的进展。《过程控制系统》是过程控制自动化及相关专业的一门主要专业课程。过程控制系统可分为常规仪表过程控制系统与计算机过程控制系统两大类。前者在生产过程自动化中应用最早，已有六十余年的发展历史，后者是自20世纪70年代发展起来的以计算机为核心的控制系统。

1.计算机控制系统的特点。系统控制功能强通过强大的数字、逻辑计算能力实现复杂运算；通过通讯实现大规模系统的控制； 通过数据存储实现人工智能。工业上随着生产规模的扩大，模拟控制盘越来越长，这给 集中监视和操作带来困难；而计算机采用分时操作，用一台计算机可以代替许多台常规仪 表，在一台计算机上操作与监视则方便了许多。 操作的灵活性强（人机对话功能强）、界面友好常规模拟式控制系统的功能实现和方案修改比较困难，常需要进行硬件重新配置调 整和接线更改；而计算机控制系统，由于其所实现功能的软件化，复杂控制系统的实现 或控制方案的修改可能只需修改程序、重新组态即可实现。另外硬件和软件的通用型强， 便于系统的开发和修改，如：软件通用级（ANSYS）、硬件系统通用级（PC 平台）、芯片通 实现资源共享性2011 年05 中原工学院机电学院常规模拟控制无法实现各系统之间的通讯，不便全面掌握和调度生产情况；计算机 控制系统可以通过通信网络而互通信息，实现数据和信息共享，能使操作人员及时了解 生产情况，改变生产控制和经营策略，使生产处于最优状态。 计算机的智能控制计算机具有记忆和判断功能，它能够综合生产中各方面的信息，在生产发生异常情 况下，及时做出判断，采取适当措施，并提供故障原因的准确指导，缩短系统维修和排 除故障时间，提高系统运行的安全性，提高生产效率，这是常规仪表所达不到的。

2.计算机控制系统的组成及分类 这里的计算机通常指数字计算机。辅助部件主要指输入输出接口、检测装置和执行 装置等。被控对象的范围很广，包括各行各业的生产过程、机械装置、交通工具、机器 人、实验装置、仪器仪表、家庭生活设施、家用电器和儿童玩具等。控制目的可以是使 被控对象的状态或运动过程达到某种要求，也可以是达到某种最优化目标。与一般控制 系统相同，计算机控制系统可以是闭环的，也可以是开环的。 计算机控制系统由控制部分和被控对象组成，其控制部分包括硬件部分和软件部 分，这不同于模拟控制器 构成的系统只由硬件组 成。计算机控制系统软件 包括系统软件和应用软 件。系统软件一般包括操 作系统、语言处理程序和 服务性程序等，它们通常 由计算机制造厂为用户 配套，有一定的通用性。 应用软件是为实现特定 控制目的而编制的专用 程序，如数据采集程序、控制决策程序、输出处理程序和报警处理程序等。它们涉及被控对象的自身特征和控制 策略等，由实施控制系统的专业人员自行编制。图1 为计算机控制系统的一般组成框图。 计算机控制系统主要有以下几个类别：操作指导控制系统（OGC） 、直接数字控 制（DDC） 、现场总线控制系统（FCS）、监督计算机控制系统（SCC）、分散控制系统（DCS） 等。目前微型计算机控制系统的发展趋势主要有可编程控制器（PLC）、采用新型的控 制系统（集散控制系统）、人工智能、神经网络控制系统。 控制系统类型的多元化20 世纪后半叶，由于计算机、通信、控制、仪表、软件等技术的飞速发展，不仅产生了多种多样的自控产品，也丰富了人们进行自控设计的思路与方案。 2011 年05 中原工学院机电学院在工业生产过程中，1969 年问世的PLC 和1975 年问世的DCS 可能是两类影响最 为深远的计算机控制系统。PLC 的问世取代了继电器之类的器件，实现了开关量的联锁 控制、程序控制；DCS 的问世取代了显示仪、调节器之类的仪表，实现了模拟量的指示、 记录和PID 回路调节等功能。随着计算机、通信、网络技术的发展，PLC、DCS 互相融合，互相渗透，取长补短。另外，随着其他计算机控制系统的不断出现，控制系统的产 品早已呈现出多元化的发展格局，而针对某一具体用户来说，DCS+PLC 的控制方案不 再受青睐，控制系统设备一体化的呼声越来越高。

二、计算机控制技术的发展动向

1 .控制设备的一体化 按我国的体制，工程设计、施工安装、现场维护通常都是分成自控仪表、电气两个 专业采用两套控制设备，构成两个控制中心，带来投资、操作、生产管理上的大量问题， 所以不少用户迫切希望工艺过程的所有控制要求应该由一个控制系统来完成，这就是要 求实现控制设备一体化。

2.向国产DCS 转移 在与国外 DCS 厂家的 竞争中，目前还不好说国产 DCS 全面占有优势，但至少 在一部分行业、在中小型企 业能打成平手甚至略占优 势。国产 DCS 从中小型企 业开始，从辅助工序开始， 现已逐步进入大型、特大型 企业，进入主体工序。

三、计算机中的运算速度

计算机技术水平发生着日新月异的变化，运算速度越来越快，每秒运算已经跨越了亿次、万亿次级。2002年NEC公司为日本地球模拟中心建造的一台"地球模拟器"，每秒能进行的浮点运算次数接近36万亿次。十年之后，即2012年6月18日，国际超级电脑组织公布最新的全球超级电脑500强名单，美国超级电脑（超级计算机"红杉"）重夺世界第一宝座。"红杉"持续运算测试达到每秒16324万亿次，其峰值运算速度高达每秒20132万亿次，令其他计算机望尘莫及。

"运算速度"是评价计算机性能的重要指标，其单位应该是每秒执行多少条指令。而计算机内各类指令的执行时间是不同的，各类指令的使用频度也各不相同。计算机的运算速度与许多因素有关，对运算速度的衡量有不同的方法。

为了确切地描述计算机的运算速度，一般采用"等效指令速度描述法"。根据不同类型指令在使用过程中出现的频繁程度，乘上不同的系数，求得统计平均值，这时所指的运算速度是平均运算速度。

参考文献：

[1] 何衍庆.集散控制系统原理及其应用；化学工业出版社2011 年05.