[科普中国]-可程序化控制器

可程序化控制器是应用于生产过程自动控制过程。从20世纪70年代开始，出现了微处理器和以微处理器为主要构成单元的可程序化控制装置。包括集散控制系统（简称DCS）、可编程序控制器（简称PLC）、工业PC（简称IPC）、数字控制器和现场总线控制系统（FCS）等，可程序化控制器已成为控制装置的主流1。

概述自动控制技术在工业、农业、国防和科学技术现代化中起着十分重要的作用，自动控制水平的高低也是衡量一个国家科学技术先进与否的重要标志之一。随着国民经济和国防建设的发展，可程序化控制器的应用日益广泛，其重要作用也越来越显著。

生产过程自动控制（简称过程控制）是自动控制技术在石油、化工、电力、冶金、机械、轻工、纺织、制药等生产过程的具体应用，是自动化技术的重要组成部分。进入21世纪，随着自动化技术、计算机技术、通信技术的迅猛发展，过程控制发生了深刻的变革，正在向着数字化、网络化和综合自动化方向发展，在实现各种最优控制和经济指标、保证生产的质量和产量、提高经济效益和劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保证生产安全、保护环境等方面发挥着越来越巨大的作用1。

类型在连续型流程生产自动控制或习惯称之谓工业过程控制中，有三大控制系统，即PLC、DCS和FCS。

（1）PLC系统综述

PLC是计算机技术与继电器逻辑控制概念相结合的一种新型控制器，它是以微处理机为核心，用作数字控制的专用计算机。随着微电子技术、计算机技术的发展和数据通信技术的推进，PLC已经逐渐取代了传统的逻辑控制装置，是当前先进工业自动化的三大支柱之一。PLC于20世纪60年代末期在美国首先产生，目的是用宋取代继电器，执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能，建立柔性程序控制系统。

（2）DCS系统综述

截止到20世纪70年代，工业过程控制应用中通常采用模拟电动仪表控制系统或计算机集中控制系统，随着生产过程规模的不断扩大，控制任务日趋复杂和多样化，模拟仪表已经越来越难以胜任对过程监控的较高要求，促使仪表系统更新换代的周期越来越短；应用于工业控制领域的计算机具有的数字化控制算法使控制系统的实施变得简便。但是，由于价格昂贵，通常采用计算机直接数字控制DDC或监督计算机控制SCC，计算机一旦发生故障将导致控制系统的瘫痪，系统风险过于集中。此外，为满足过程控制中大量相关数据的通信联系，要求建立高速的通信系统。

（3）FCS系统综述

在3C技术迅猛发展的基础上，FCS应运而生，成为自动化技术中的一个热点，它的出现给自动化领域带来又一次革命。FCS系统的核心是总线协议，即总线标准，它的基础是数字智能现场装置，它的本质是信息处理现场化。通过使用现场总线，用户可以大量减少现场接线。传统DCS系统每个现场装置到控制室都需使用一对专用的双绞线，以传送4—20mA信号；而在FCS中仅用一根双绞线将中央控制室与各个现场接线盒串联，每个现场装置用双绞线连接到附近的接线盒上完成数字通信。用单个现场仪表可实现多变量通信，不同制造厂商生产的装置间可以完全互操作，增加现场一级的控制功能，系统集成大大简化，并且维护十分简便1。

特点可程序化控制系统与其他自动控制系统相比，有如下几个特点：

（1）生产过程的连续性

在过程控制系统中，大多数被控过程都是以长期的或间歇的形式运行。在密闭的设备中被控变量不断地受到各种扰动的影响。过程控制的主要目的是消除或减少扰动对被控变量的影响，使被控变量稳定在工艺要求的数值上，从而实现生产过程的优质、高产和低耗。

（2）被控过程的复杂性

过程控制涉及范围广，既有石化过程的精馏塔、反应器、热工过程的换热器、锅炉，冶金过程的转炉、平炉，又有机械行业的加热炉等。被控对象相对较大，比较复杂。其动态特性多为大惯性、大滞后形式，且具有非线性、分布参数和时变特性，甚至有些过程特性至今尚未被人们所认识。

（3）控制方案的多样性

由于被控过程对象特性各异，工艺条件及要求也各不相同，因此，过程控制系统的控制方案非常丰富，既有常规PID控制、改进PID控制、串级控制、前馈一反馈控制、解耦控制，又有为满足特定要求而开发的比值控制、均匀控制、选择性控制、推断控制，还有许多新型控制系统，如模糊控制、预测控制、最优控制等1。

本词条内容贡献者为:

王宁 - 副教授 - 西南大学