過程控制系統(tǒng)的發(fā)展

隨著人們物質(zhì)生活水平的提高以及市場競爭的日益激烈，產(chǎn)品的質(zhì)量和功能也向更高的檔次發(fā)展，制造產(chǎn)品的工藝過程變得越來越復雜，為滿足優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗，以及安全生產(chǎn)、保護環(huán)境等要求，作為工業(yè)自動化重要分支的過程控制的任務也愈來愈繁重。

在現(xiàn)代工業(yè)控制中,過程控制技術是一歷史較為久遠的分支。在上世紀30 年代就已有應用。過程控制技術發(fā)展至今天, 在控制方式上經(jīng)歷了從人工控制到自動控制兩個發(fā)展時期。在自動控制時期內(nèi)，過程控制系統(tǒng)又經(jīng)歷了四個發(fā)展階段, 它們是：分散控制階段, 集中控制階段集散控制階段和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)階段。幾十年來，工業(yè)過程控制取得了驚人的發(fā)展，無論是在大規(guī)模的結(jié)構(gòu)復雜的工業(yè)生產(chǎn)過程中，還是在傳統(tǒng)工業(yè)過程改造中，過程控制技術對于提高產(chǎn)品質(zhì)量以及節(jié)省能源等均起著十分重要的作用。過程控制正朝高級階段發(fā)展，不論是從過程控制的歷史和現(xiàn)狀看，還是從過程控制發(fā)展的必要性、可能性來看，過程控制是朝綜合化、智能化方向發(fā)展，即計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)：以智能控制理論為基礎，以計算機及網(wǎng)絡為主要手段，對企業(yè)的經(jīng)營、計劃、調(diào)度、管理和控制全面綜合，實現(xiàn)從原料進庫到產(chǎn)品出廠的自動化、整個生產(chǎn)系統(tǒng)信息管理的最優(yōu)化。

世界上第一臺電子數(shù)字計算機于1946年在美國問世。經(jīng)歷了十多年的研究,1959年世界上第一臺過程控制計算機TRW)300在美國德克薩斯的一個煉油廠正式投入運行。這項開創(chuàng)性工作為計算機控制技術的發(fā)展奠定了基礎,從此,計算機控制技術獲得了迅速的發(fā)展。回顧工業(yè)過程的計算機控制歷史,經(jīng)歷了以下幾個時期:(1)起步時期(20世紀50年代)。20世紀50年代中期,有人開始研究將計算機用于工業(yè)過程控制。(2)試驗時期(20世紀60年代)。1962年,英國的帝國化學工業(yè)公司利用計算機完全代替了原來的模擬控制。(3)推廣時期(20世紀70年代)。隨著大規(guī)模集成電路(LSI)技術的發(fā)展,1972年生產(chǎn)出了微型計算機(m-icrocomputer),其最大優(yōu)點是運算速度快,可靠性高,價格便宜和體積小。(4)發(fā)展時期(20世紀80年代)。隨著超大規(guī)模集成電路(VLSI)技術的飛速發(fā)展,使得計算機向著超小型化、軟件固定化和控制智能化方向發(fā)展。80年代末,又推出了具有計算機輔助設計(CAD)、專家系統(tǒng)、控制和管理融為一體的新型集散控制系統(tǒng)。(5)成熟時期(20世紀90年代)。隨著通信技術、網(wǎng)絡技術和智能儀表的發(fā)展，一種以系統(tǒng)結(jié)構(gòu)高度分散性、互可操作性與互用性、全數(shù)字化通信、開放型互聯(lián)網(wǎng)絡為特色的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)出現(xiàn)。

計算機控制系統(tǒng)以其特有的優(yōu)勢和強大的功能,已在過程控制領域得到廣泛的應用。同時,隨著計算機軟硬件技術和通訊技術的飛速發(fā)展,新的控制理論和新的控制方法也層出不窮。展望未來,它的發(fā)展趨勢有以下幾個方面。(1)大力推廣應用成熟的先進技術。普及應用具有智能I/O模塊的、功能強、可靠性高的可編程控制器(PLC),廣泛使用智能化調(diào)節(jié)器,采用以位總線(Bitbus)、現(xiàn)場總線(Fieldbus)技術等先進網(wǎng)絡通訊技術為基礎的新型DCS和FCS控制系統(tǒng)。(2)大力研究和發(fā)展智能控制系統(tǒng)。智能控制是一種無需人的干預就能夠自主地驅(qū)動智能機器實現(xiàn)其目標的過程,也是用機器模擬人類智能的又一重要領域。智能控制系統(tǒng)的類型主要包括:分級梯階智能控制系統(tǒng)、模糊控制系統(tǒng)、專家控制系統(tǒng)、學習控制系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)和基于規(guī)則的仿人工智能控制系統(tǒng)等。(3)控制與管理結(jié)合,向低成本自動化(LowCostAutomation,LCA)方向發(fā)展。LCA是一種以現(xiàn)代技術實現(xiàn)常規(guī)自動化系統(tǒng)中的主要的、關鍵的功能,而投資較低的自動化系統(tǒng)。在DCS和FCS的基礎上,采用先進的控制策略,將生產(chǎn)過程控制任務和企業(yè)管理任務共同兼顧,構(gòu)成計算機集成控制系統(tǒng)(CIPS),可實現(xiàn)低成本綜合自動化系統(tǒng)的方向發(fā)展。總之,由于計算機過程控制在控制、管理功能、經(jīng)濟效益等方面的顯著優(yōu)點,使之在石油、化工、冶金、航天、電力、紡織、印刷、醫(yī)藥、食品等眾多工業(yè)領域中得到廣泛的應用。計算機控制系統(tǒng)將會隨著計算機軟硬件技術、控制技術和通訊技術的進一步發(fā)展而得到更大的發(fā)展,并深入到生產(chǎn)的各部門。