淺談控制技術(shù)發(fā)展簡史

李曉明　張哲

摘 要：伴隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，在世界各主要經(jīng)濟(jì)體中越來越多的控制技術(shù)被應(yīng)用到各行各業(yè)，技術(shù)的應(yīng)用一方面可以減輕工人的工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度;另一方面可以滿足企業(yè)對實(shí)現(xiàn)更高難度或更加復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的需要。控制技術(shù)的發(fā)展日新月異，各國之間競爭激烈，你追我趕。

關(guān)鍵詞：控制技術(shù);日新月異;簡史

近兩年國家大力強(qiáng)調(diào)和支持制造業(yè)的發(fā)展，對制造業(yè)的支持提高到一個(gè)新的高度，越來越多的政策紅利和資金力量注入到制造業(yè)的各個(gè)企業(yè)中，一方面刺激了行業(yè)的快速發(fā)展，另一方面有效穩(wěn)定就業(yè)和提高公民的福利。制造業(yè)的由大變強(qiáng)最終取決于人才的力量和控制技術(shù)的水平。經(jīng)過近100余年的發(fā)展，控制技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)脫胎換骨。

一、控制技術(shù)的發(fā)展歷程

人類一出現(xiàn)，對征服自然的外在渴望充滿了幻想，“控制”這一概念本身恰恰反映了這一思想?？刂评碚撆c技術(shù)自然而然地在人們認(rèn)識(shí)自然與改造自然的歷史中萌芽并發(fā)展?？刂扑枷肱c技術(shù)實(shí)質(zhì)上已存在了數(shù)千年。

從埃及古墓出土的實(shí)物可以看到，古巴比倫和埃及在公元前1500年以前就已經(jīng)開始使用水鐘。在我國，據(jù)《周禮》記載，約公元前 500年，軍隊(duì)中即已用漏壺作為計(jì)時(shí)的裝置。約公元120年，科學(xué)家張衡已經(jīng)提出了如何解決隨水頭降低計(jì)時(shí)不準(zhǔn)確問題的巧妙方法。在他構(gòu)思制作的“漏水轉(zhuǎn)渾天儀”中，我們可以看到不僅有浮子，漏箭，還有虹吸管和至少一個(gè)補(bǔ)償壺。

進(jìn)入工業(yè)革命以來，控制技術(shù)發(fā)展速度大大加快。隨著數(shù)學(xué)及物理學(xué)的發(fā)展，人類的控制技術(shù)不再僅僅是原材料的巧妙構(gòu)思，伴隨著一大批新式元器件的出現(xiàn)，令新控制思想的實(shí)現(xiàn)成為可能，為后來控制技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

總體來看，控制技術(shù)可以大致分為兩大類，一類是手動(dòng)控制技術(shù)，一類是自動(dòng)控制技術(shù)。人類已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)自動(dòng)控制技術(shù)占絕對優(yōu)勢的控制時(shí)代，而且我們在這條道路上會(huì)越走越遠(yuǎn)。

二、幾種主要的控制技術(shù)

1.單片機(jī)控制技術(shù)

生活水平越來越高，人們對于電子產(chǎn)品的需求數(shù)量越來越多，品味越來越高。一大批新式的電子產(chǎn)品應(yīng)用而生，大到汽車、冰箱、洗衣機(jī)，小到手機(jī)、手環(huán)、耳機(jī)等?？梢哉f，有些熟悉的產(chǎn)品通過控制技術(shù)獲得重生，有些未有的產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。這其中的控制技術(shù)主要是單片機(jī)控制技術(shù)。

單片機(jī)（Microcontrollers）是一種芯片，普遍采用超大規(guī)模集成電路把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器（CPU）、隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ROM）、各種I/O口和中斷系統(tǒng)、多種定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制、家電、智能穿戴等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。從上世紀(jì)八十年代開始，已經(jīng)由當(dāng)時(shí)的4位/8位單片機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在的300M高速單片機(jī)。

單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，已實(shí)現(xiàn)模塊化;可靠性高，可工作到10^6 ～10^7小時(shí)無故障;低電壓，低功耗，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。

2.可編程控制技術(shù)（PLC）

在工業(yè)領(lǐng)域中，由于設(shè)備的體積、使用場合和復(fù)雜程度不同，需要一種接口多、功能完善、適用范圍廣、高可靠性的控制技術(shù)，可編程控制技術(shù)（PLC）應(yīng)用而生。目前做的比較好的廠家有德國的Siemens，日本的Mitsubishi 、法國的Schneider、美國的AB等。

可編程控制技術(shù)（PLC）是一種專門針對在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的利用數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它一般采用可編制程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)/計(jì)數(shù)等操作的指令，并能通過數(shù)字/模擬輸入和輸出，控制各種類型的生產(chǎn)過程。

3.分布式控制技術(shù)（DCS）

對于化工和發(fā)電等企業(yè)，設(shè)備數(shù)量多，而且生產(chǎn)工序都是層層遞進(jìn)的，這時(shí)候就需要一種系統(tǒng)性的控制技術(shù)，分布式控制技術(shù)（DCS）很好地解決了這個(gè)問題，操作人員只要在控制室就可以實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備的運(yùn)行和監(jiān)控，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)效率。

分布式控制技術(shù)（DCS）是一個(gè)由過程控制和過程監(jiān)控組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)、通信、接口和控制等多種技術(shù)，其基本特點(diǎn)是集中操作、分散控制、配置靈活、分級(jí)管理及組態(tài)方便等。

DCS自上世紀(jì)七十年代問世以來，已經(jīng)經(jīng)歷了四十余年的發(fā)展歷程。在這四十余年中，DCS雖然在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上沒有發(fā)生重大改變，但是經(jīng)過不斷的完善和技術(shù)更新，其功能和性能都得到了巨大的提高。

三、控制技術(shù)的未來發(fā)展

1.智能化

智能化是控制技術(shù)發(fā)展的高級(jí)階段，主要表現(xiàn)在控制功能多樣化、用途多樣化及交叉性，是制造業(yè)未來發(fā)展的主要方向。隨著科技的不斷進(jìn)步，車間生產(chǎn)的發(fā)展方向逐步向人工智能與自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合過渡。人工智能理論向控制技術(shù)領(lǐng)域的滲透，不論理論上還是實(shí)踐上都有新的發(fā)展途徑，為智能化控制技術(shù)提供了新的思想和方法。? 人工智能與控制技術(shù)相結(jié)合，能夠有效根據(jù)生產(chǎn)過程中的變化情況，對系統(tǒng)采取更加合理的控制。

2.網(wǎng)絡(luò)化

從控制技術(shù)的發(fā)展歷程來看，控制技術(shù)在比較長的時(shí)期內(nèi)還將主要應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)和消費(fèi)品領(lǐng)域?？刂萍夹g(shù)的快速發(fā)展為工業(yè)生產(chǎn)所需的各種機(jī)械設(shè)備提供了性價(jià)比非常高的控制系統(tǒng)。我們深知各領(lǐng)域之間都不可能是獨(dú)立發(fā)展的，相互借鑒、相互促進(jìn)甚至相互結(jié)合將成為新的發(fā)展趨勢。網(wǎng)絡(luò)化將會(huì)是控制技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在現(xiàn)代生產(chǎn)中具有越來越重要的作用，尤其對信息數(shù)據(jù)（大數(shù)據(jù)）傳遞及分析會(huì)起到至關(guān)重要的作用。

3.綜合化

截止目前，我們已經(jīng)在綜合控制技術(shù)領(lǐng)域中建立了專家系統(tǒng)、智能控制及模糊控制等控制技術(shù)。這些新型的控制技術(shù)無一例外地均以自動(dòng)控制技術(shù)理論為基礎(chǔ)，結(jié)合外部需求對整個(gè)設(shè)備或流程進(jìn)行綜合優(yōu)化及控制?？刂萍夹g(shù)與相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)相融合已然成為了一個(gè)新的發(fā)展方向，而且有效地提高現(xiàn)有自動(dòng)控制技術(shù)的可靠性、精確性與高效性。

四、結(jié)論

隨著摩爾定律的失效、計(jì)算機(jī)技術(shù)天花板效應(yīng)的出現(xiàn)，新的控制技術(shù)出現(xiàn)的概率比較低?，F(xiàn)有控制技術(shù)和相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的融合將會(huì)是一個(gè)主要的發(fā)展方向，控制技術(shù)的發(fā)展將會(huì)演變成一個(gè)系統(tǒng)工程?？刂萍夹g(shù)的應(yīng)用范圍會(huì)擴(kuò)展到人類生活的方方面面，我們也會(huì)從一名簡單的科技使用者轉(zhuǎn)變成為了解者和研究者。

參考文獻(xiàn)：

[1]許青林.基于音頻控制電路測試中PLC技術(shù)和模擬測試系統(tǒng)的應(yīng)用[J].電子測試，2015（03）：128-129+104.

[2]葉劍鋒.基于可編程控制技術(shù)的FAS系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國科技信息，2013（14）：78.

[3]任俊超. 導(dǎo)數(shù)項(xiàng)矩陣具有不確定性的廣義系統(tǒng)導(dǎo)數(shù)反饋控制[D].東北大學(xué)，2011.

[4]閆戊辰. 重介選煤自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)[D].中國礦業(yè)大學(xué)，2015.

[5]于創(chuàng)宇.淺析智能化技術(shù)在電氣工程自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].民營科技，2018（11）：10-11.

[6]孫震，文保寧.淺談基于PLC技術(shù)的脫水機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)[J].數(shù)字通信世界，2018（10）：91.

作者簡介：李曉明（1985-），男，山東壽光人，山東科技職業(yè)學(xué)院機(jī)電系教師，碩士，助教，主要研究方向：控制系統(tǒng)。

張哲（1987-），男，山東臨沂人，山東科技職業(yè)學(xué)院機(jī)電系教師，碩士，主要研究方向：機(jī)械電子。