计算机控制系统综述.doc

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1、计算机控制系统综述泾」计算机控制系统就是利用计算机（通常称为工业控制计算机）来实现工业过程自动控制的系统。在计算机控制系统中，由于工业控制机的输入和输出时数字信号，而现场采集到得信号或送到执行机构的信号大多是模拟信号，因此与常规的按偏差控制的闭环负反馈系统相比，计算机控制系统需要有数/模转换器和模/数转换器这两个环节。计算机把通过测量元件、变送单元和模数转换器送来的数字信号，直接反馈到输入端与设定值进行比较，然后根据要求按偏差进行运算，所得到数字量输出信号经过数模转换器送到执行机构，对被控对象进行控制，使被控变量稳定在设定值上。这种系统称为

2、闭环控制系统。计算机控制系统由工业控制机和生产过程两大部分组成。工业控制机硬件指计算机本身及外围设备。硬件包括计算机、过程输入输出接口、人机接口、外部存储器等。软件系统是能完成各种功能计算机程序的总和，通常包括系统软件跟应用软件。直接数字控制（DDC）系统“直接数字控制”这个名字是为了强调计算机直接控制生产过程这一特征。计算机控制系统中首先是把反映过程状态的参数经过采样，并经过模数转换装置转换为相应的数字量。计算机根据一定的控制算法进行计算，将控制作用经数模转换装置转换为相应的模拟量，通过执行机构去控制生产过程，以达到预期的目的。同时，也可

3、根据需要将必要的信息在终端机的屏幕上显示或用打印机打印出来。当前以单片机为主体的DDC控制仪用量最大，如控制温度、流量，控制风机、水、油泉及炉门升降机构等。这种微机控制仪表的功能己大大超过以摸拟电子元件为基础的测量仪表，而且有了处理工艺参数的功能，但它们需要与中间继电器、交流接触器、晶闸管、电磁阀、比例阀等执行机构形成完善的控制系统。多数DDC控制仪采用PID和模糊控制算法，但日身I'l调整和在线优化能力仍较弱。最新推出的DDC控制系统均配有通信接U,可方便地进行联机。这类控制系统的主要特点是结构紧凑、轻便灵活、便于维护，有较高的抗干扰能力

4、和控制精度，操作方•便。主要问题是受运行速度和内存容景的限制，一般只能按预定工艺参数进行工艺过程控制，难于动态控制热处理工艺过程和产品质量预测，因此还是初级微机控制系统。国产的这类控制仪种类多，但目前仍存在着抗干扰白复位能力较差，可靠性差等问题。2监督控制（SCO系统监督控制（SCC）系统又称设定值控制系统（SPC）,它是将操作指导和DDC综合起来的一种较高级形式的控制系统。它和DDC-样属于闭环控制。在这类系统中，生产过程的闭环自动调节是依靠模拟调节器或DDC计算机来完成的。SCC计算机对生产过程的工艺参数进行巡检，并根据生产过程的数学模

5、型，计算出最佳给定值，直接对模拟调节器或DDC计算机进行设定，使生产过程在最优工况下运行。此外，它还可以通过在线的模型辩识，随时对现有模型进行修改，实现最优控制和日适应控制。模拟调节器或DDC计算机直接面向生产过程，SCC计算机则面向模拟调节器或DDC计算机，也就是说，含有SCC的系统至少是一个两级控制系统。一台SCC计算机可监督控制多台DDC或模拟调节器。SCC系统具有较高的运行性能和可靠性。目前较高水平的热处理设备计算机控制已基本上达到SCC级。我国引进的不少热处理设备，如济南柴油机厂引进德国IPSEN公司的SUPERCARB多用炉，陕

6、西齿轮厂引进奥地利艾协林渗碳自动生产线,均带有see系统。目前，国内也开始开发这类控制系统。生产中的主要问题在于基础工作不完善，如工艺过程控制及产品质量预测、工艺参数影响因素及过程精确控制数学模型的建立等。因此，加强对引进系统的消化吸收，开发适合我国国情的see热处理计算机控制系统是近期的主要发展方向。采用SCC系统的原因是由于DDC系统在进行实时控制时，采样周期不能太长。而较短的采样周期乂难以完成较为殳杂的运算与控制，SCC系统则可以完成较为夏杂的计算，如优化计算、自适应算法等，而将计算出的最佳设定值送给DDC系统或模拟调节器去执行，因此

7、，可实时实现优化控制。但是，DDC系统和SCC系统都属于集中型控制系统，*这种系统集中了很多的控制I口I路时，就必然会带来“危险高度集中”的问题，从而使系统的可靠性大为降低。这就要求直接数字控制由集中型向分散型转移，于是出现了“控制分散、信息集中”的集散型控制系统。3集散控制系统（DCS）集散控制系统（DCS）又称为分散控制系统或分布式控制系统。它是融DDC、SCC及整个工厂的生产管理为一体的高级控制系统。目前所使用的集散控制系统有环形、总线形和分级式儿种。现以分级式为例介绍该系统的组成。分级式控制系统通常由分散过程控制级（DDC级）、监督

8、控制（SCC级）和生产管理级（MIC级）等3级组成。分散过程控制级是DCS的基础，用于直接控制生产过程。它由各工作站组成，每一工作站分别完成数据采集、顺序控制或某一被控制量的闭环