1.3 计算机控制系统的发展概况和趋势

将数字计算机用作控制器的思想萌生于20世纪50年代初，有人试图在飞行器控制中应用计算机，但由于当时通用机体积大、能耗大、可靠性差而未被使用。此后，计算机控制的主要进展是在工业过程控制领域。美国首先用计算机实现了过程的巡回检测和数据采集。20世纪50年代后期已成功地实现了计算机在线闭环控制。1962年英国实现了计算机的直接数字控制，充分利用计算机的高速分时运算能力，替代多台控制功能较单一的常规模拟控制仪表。20世纪70年代微型计算机的诞生，使计算机控制系统的应用进入一个新阶段。在工业过程控制领域，不久就出现了控制上分散、操作管理上集中的分散控制。直至20世纪90年代，集散控制系统一直是世界各国在计算机控制方面的重要发展方向，至今世界上已有数万套集散控制系统在现场运行，取得了可观的经济效益。微型计算机控制系统技术还迅速渗透到机电控制领域，不仅在航空航天、军事装备、机器人、机械生产中得到了广泛应用，而且在家庭生活设施（如洗衣机、微波炉、空调机、电视机等）中，都有由微型计算机（单片机）构成的控制系统。计算机控制将在以下方面得到发展：①推广应用成熟的先进技术，普及应用可编程控制器（PLC），广泛使用智能调节器，采用新型的DCS和FCS; ②大力研究和发展智能控制系统，当前最流行的控制系统包括分级递阶智能控制系统、模糊控制系统、专家控制系统、学习控制系统、神经控制系统。

1．以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为主流

20世纪90年代以来，由于基于PC的工业计算机（简称工业PC）的发展，由工业PC、I/O装置、监控装置、控制网络组成的基于PC的自动化系统得到了迅速普及，成为实现低成本工业自动化的重要途径。近年来，工业PC在我国得到了迅速发展。由于基础自动化和过程自动化对工业PC的运行稳定性、热插拔和冗余配置要求很高，现有的工业PC已经不能完全满足要求，将逐渐退出该领域，取而代之的将是Compact PCI-based工控机，而工业PC将占据管理自动化层。与PLC一样，工业PC市场在过去的两年内保持平稳。与PLC相比，工业PC软件很便宜。据Frost & Sullivan公司估计，在全世界每年7亿美元工业PC市场中，大约8500万美元为控制软件，1亿美元为操作系统，并以每年10%～15%的速度增长，工业PC市场变得非常可观。

2．PLC在向微型化、网络化发展

长期以来，PLC始终是工业控制自动化领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制方案，与DCS和工业PC形成了三足鼎立之势。同时，PLC也承受着来自其他技术产品的冲击，尤其是工业PC所带来的冲击。微型化、网络化、PC化和开放性是PLC未来发展的主要方向。随着软PLC（Soft PLC）控制组态软件的进一步完善和发展，安装有软PLC组态软件和基于PC的控制系统的市场份额将逐步得到增长。当前，过程控制领域的发展趋势之一就是对Ethernet技术的扩展，PLC也不例外。现在越来越多的PLC供应商开始提供Ethernet接口。可以相信，PLC将继续向开放式控制系统方向转移，尤其是基于工业PC的控制系统。

3．面向测控管一体化设计的DCS系统

集散控制系统（DCS）问世于1975年，生产厂家主要集中在美、日、德等国。近些年，特别是“九五”以来，我国DCS系统研发和生产发展很快。据统计，到2005年，我国石化行业有1000多套装置需要应用DCS控制；电力系统每年新装1000多万千瓦发电机组，需要DCS实现监控。小型化、多样化、PC化和开放性是未来DCS发展的主要方向。今后小型DCS可能首先与PLC、工业PC、FCS三种系统融合。基于PC的控制系统将更加广泛地应用于中小规模的过程控制，各DCS厂商也将纷纷推出基于工业PC的小型DCS系统。开放性的DCS系统将同时向上和向下延伸，使来自生产过程的现场数据在整个企业内部自由流动，以实现信息技术与控制技术的无缝连接，向测控管一体化方向发展。

4．控制系统正在向现场总线控制系统（FCS）方向发展

由于4C（Computer, Control, Communication, CRT）技术的发展，过程控制系统将由DCS发展到FCS。FCS可以将PID控制彻底分散到现场设备（Field Device）中。基于现场总线的FCS又是全分散、全数字化、全开放和可互操作的新一代生产过程自动化系统，它将给传统的工业自动化控制系统体系结构带来革命性的变化。计算机控制系统的发展在经历了基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统以及集散控制系统（DCS）后，将朝着现场总线控制系统（FCS）的方向发展。工业以太网以及现场总线技术作为一种灵活、方便、可靠的数据传输方式，在工业现场得到了越来越多的应用，并将在控制领域中占有更加重要的地位。

5．计算机控制软件正向先进控制方向发展

自20世纪80年代初期诞生至今，工业控制软件已有30多年的发展历史。工业控制软件主要包括人机界面软件（HMI）、基于PC的控制软件和生产管理软件等。工业控制软件将从人机界面和基本策略组态向先进控制方向发展。在未来，计算机控制软件将继续向标准化、网络化、智能化和开放性方向发展。