[谈工业电气计算机控制系统] 什么是计算机控制系统

时间：2019-05-03 03:12:11　来源：雅意学习网本文已影响人

　　摘要：计算机控制系统是一个实时控制系统，其可靠性是计算机控制系统应用成败的关键，计算机控制系统必须具有完善的人机联系方式，随着被控生产过程的不同。常常要求采用不同的控制方案或控制算法，要求计算机控制系统能够灵活地组成用户所需要的各种控制方案。
　　关键词：工业；电气；计算机；控制；系统
　　计算机控制系统是一个实时控制系统，其可靠性是计算机控制系统应用成败的关键，计算机控制系统必须具有完善的人机联系方式，随着被控生产过程的不同。常常要求采用不同的控制方案或控制算法，要求计算机控制系统能够灵活地组成用户所需要的各种控制方案。
　　1.过程通道
　　描述生产过程状态的参数可分为三种类型：模拟量、开关量和脉冲量。而计算机内部只能对一定形式的数值量进行传送、储存和处理。过程通道的主要作用就是把生产过程中的模拟量、开关量和脉冲量等参数转换成符合计算机要求的二进制数字量输入主机，经过主机处理后，输送给生产过程的控制量转换成生产过程的执行机构所要求的模拟量和开关量，馈送给生产过程。
　　过程通道按信息的传输方向可分为输入通道和输出通道。每种通道又按信息的类型分为模拟量通道和数字量通道。模拟量通道传输连续信号，数字量通道传输开关脉冲信号。
　　1．1模拟量输入通道
　　模拟量输入通道的作用是把生产过程中各种被检测的模拟量信号转换为计算机可以接受的数字量信号。模拟量输入通道它由多路切换开关、数据放大器、采样∕保持电路、模∕数转换器、数据接口与控制接口组成。代表被控对象状态的各种信息由传感器变换成电信号送到过程输入通道。在过程输入通道中，这些信号先被放大或衰减到通道电路能进行线性处理的幅值，转换成统一的电压信号，经采样保持电路进行离散化后以二进制信号送入计算机。
　　1．1．1多路切换开关
　　生产过程需要监视的变量很多，如果每一个变量部设置一套A/D转换电路，不但成本高、电路复杂，而且可靠性随之下降。另外，由一个中央处理器CPU对多点参数进行采集控制时，只能按分时的方式逐点依次对变量进行采集，即在不同的时刻对不同的参数进行釆样，计算机收集到的现场信息，对某一点变量而言只是周期性的采样序列。这就有可能在模拟量输入通道中。
　　1．1．2数据放大器
　　通常由现场来的信号不一定是统一的标准信号，有的是高电平信号。也有的是毫伏级的低电平信号。数据放大器对输入的高电平信号起阻抗变换和抗干扰作用，而对输入的低电平信号还起放大作用，以满足A / D转换器对输入信号量程范围的要求。对数据放大器的主要要求是：精确度高，速度快，频带宽，线性度好及共模抑制比高。
　　1．1．3采样∕保持器
　　将模拟量转换成数字量需要一定的时间，而模拟量输入通道信号通常随时间变化。把A/D转换器感受输入信号的时间间隔称为孔径时间。在孔径时间内，如果输入信号有明显变化，则会给转换带来误差，这种误差称为孔径时间误差。减少该误差的一种方法是提高A/D转换器的转换速度，以减小孔径时间。另一种方法则是在A/D转换器之前采用采样∕保持器。
　　1．1．4模∕数转换器
　　模∕数转换器是模拟信号输入通道的核心部件，它的功能是把模拟信号转换成与之对应的数字量信号。模义数转换器的种类很多，按照转换原理的不同，常用的转换器有计数式、双积分式、逐步逼近式和并行式等几种。逐步逼近式具有成本低、转换速度快、孔径时间短等优点，目前得到广泛应用。
　　1．2模拟量输出通道
　　模拟量输出通道的作用是把计算机输出的数字量信号转换成模拟量信号，以便驱动相应的执行机构，达到控制的目的。
　　模拟量输出通道主要由D∕A转换电路、切换电路和输出电路等部分组成。为了简化电路，节省设备，图中多个输出电路共用同一个D∕A转换电路。切换电路用于完成选路的任务，在某一时刻，只选择通道中的一个输出电路接受由D∕A转换器输出的模拟量控制信号。
　　1．3开关量输入通道
　　在生产过程中，计算机控制系统除了处理模拟量信号外，还有大量的开关量信号需要处理。例如，触点的接通或断开，电动机的启动或停止，阀门的打开或关闭等。这些开关量信号都可以用二进制的“0”或“1”来表示。开关量输入通道的作用就是把生产过程的各种开关量信号通过它转换成计算机可以识别的形式，并且采取一定的隔离措施。对于某些非常重要的开关量可以通过中断方式送到计算机中，以便得到及时处理。
　　1．4开关量输出通道
　　开关量输出通道是把计算机输出的二进制代码表示的开关控制信息，转换成能对生产过程进行控制的开关量信号。这些开关量信号可以控制阀门的开启或关闭，执行机构的启动或停止，指示灯的亮或灭等。
　　2.信号处理、控制算法及人机联系设备
　　2．1信号处理和控制算法
　　要实现计算机控制系统对生产过程进行监视、控制和管理的功能，就必须及时从生产过程中获取信息，并把这些信息进行适当的加工和处理，以运行人员易于接受的形式表达出来，或者按照一定的控制规律，产生必要的控制作用。从过程通道可以得到反应生产过程情况的数字量信号，但是这些数字量信号中，有的常常包含着一定的干扰信号，与被测量之间有非线性关系。
　　2．1．1数字滤波
　　有些生产过程中，随机干扰的噪声频率是很低的，阻容元件的滤波不能将它们全部消除。一种有效的方法是采用数字滤波器，即利用计算机由一定的计算程序来实现，以减少噪声在信号中的比重。
　　2．1．2 PID控制算法
　　尽管在采用了计算机控制之后，许多过去难以实现的非线性、多变量、自适应和最优化控制算法的研究都获得了成功，但是在生产过程中，最基本、最方便、最常用的控制算法仍然是由模拟PID控制器发展而来的数字PID控制箅法，如位置式和增量式PID控制算法，以及由其演变而成的其他数字PID控制算法，如改进的PID算法中的微分先行的PID算法、积分分离的PID算法、带死区的PID控制算法等，用于对生产过程的被控变量与设定值的偏差进行控制运算，产生相应的控制量。上述的控制算法都由计算机软件功能块实现。
　　2．2人机联系设备
　　在计算机控制系统中，如果说过程通道是计算机与生产过程之间的桥梁，人机联系设备则是操作人员与计算机以及过程之间联系的纽带。人机联系设备按照信息传输的方向分为输入设备和输出设备。前者如键盘、鼠标、球标、光笔等，后者如CRT显示器、打印机、绘图机等。目前计算机控制系统中用的比较多的是键盘、CRT显示器和打印机。
　　参考文献
　　[1]开俊主编.工业电气自动化.北京：化学工业出版社，2002
　　[2]尹廷金主编.工业电气自动化技术.北京：化学工业出版社，2001

推荐访问:计算机控制电气工业系统

[谈工业电气计算机控制系统] 什么是计算机控制系统

最新文章

热门文章