计算机在控制中的应用方式介绍

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：根据计算机在控制中的应用方式，可以把计算机控制系统划分为4类：操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督计算机控制系统和分级计算机控制系统。监督计算机控制系统构成示意如图5－10所示。当SCC计算机发生故障时，可由模拟调节器独立执行控制任务。SCC计算机完成工段、车间等高一级的最优化分析和计算，然后给出最优设定值，送给DDC计算机执行控制。分级计算机控制系统生产过程中既存在控制问题，也存在大量的管理问题。

根据计算机在控制中的应用方式，可以把计算机控制系统划分为4类：操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督计算机控制系统和分级计算机控制系统。

（1）操作指导控制系统

如图5－6所示，在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接用来控制生产对象。计算机只是对生产过程的参数进行采集，然后根据一定的控制算法计算出供操作人员参考、选择的操作方案和最佳设定值等，操作人员根据计算机的输出信息去改变调节器的设定值，或者根据计算机输出的控制量执行相应的操作。操作指导控制系统的优点是结构简单，控制灵活安全，特别适用于未摸清控制规律的系统，常常被用于计算机控制系统研制的初级阶段，或用于试验新的数学模型和调试新的控制程序等。由于最终需人工操作，故不适用于快速过程的控制。

图5－9　液体混合控制系统

（3）监督计算机控制系统（SCC）

在监督计算机控制（Supervisory Computer Control）系统中计算机根据工艺参数和过程参量检测值，按照所设计的控制算法进行计算，得到最佳设定值直接传送给常规模拟调节器或者DDC计算机，最后由模拟调节器或DDC计算机控制生产过程。SCC系统有两种类型；一种是SCC＋模拟调节器；另一种是SCC＋DDC控制系统。监督计算机控制系统构成示意如图5－10所示。

图5－6　计算机操作指导控制系统示意图

图5－7　数控机床工件加工示意图

计算机操作指导控制系统应用如图5－7所示，为某数控机床工件加工示意图。操作人员根据被加工工件的尺寸设定好加工参数后，机床开始对工件进行加工。整个加工过程由机床控制器进行控制，加工完成后操作人员需要对工件进行尺寸的测量以便调整加工精度。

（2）直接数字控制系统

直接数字控制DDC（Direct Digital Control）系统是计算机用于工业过程控制最普遍的一种方式，其结构如图5－8所示。计算机通过输入通道对一个或多个物理量进行巡回检测，并根据规定的控制规律进行运算，然后发出控制信号，通过输出通道直接控制调节阀等执行机构。

在DDC系统中的计算机参加闭环控制过程，它不仅能完全取代模拟调节器，实现多回路的PID（比例、积分、微分）调节，而且不需改变硬件，只需通过改变程序就能实现多种较复杂的控制规律，如串级控制、前馈控制、非线性控制、自适应控制、最优控制等。

图5－8　直接数字控制DDC系统结构

图5－9所示为液体混合控制系统，PLC控制阀门A和阀门B的打开及关闭，当液体混合水箱中达到位置SA2时，PLC收入端收到SA2传感器信号，通过PLC内部程序，输出端导致阀门B关闭，物料A和物料B停止流入。

图5－9　液体混合控制系统

（3）监督计算机控制系统（SCC）

图5－10　监督计算机控制系统构成示意

（a）SCC＋模拟调节器控制系统；（b）SCC＋DDC系统

1）SCC＋模拟调节器的控制系统

在这种类型的系统中，计算机对各过程参量进行巡回检测，并按一定的数学模型对生产工况进行分析、计算后得出被控对象各参数的最优设定值送给调节器，使工况保持在最优状态。当SCC计算机发生故障时，可由模拟调节器独立执行控制任务。

2）SCC＋DDC的控制系统

这是一种二级控制系统，SCC可采用较高档的计算机，它与DDC之间通过接口进行信息交换。SCC计算机完成工段、车间等高一级的最优化分析和计算，然后给出最优设定值，送给DDC计算机执行控制。

通常在SCC系统中，选用具有较强计算能力的计算机，其主要任务是输入采样和计算设定值。由于它不参与频繁的输出控制，可有时间进行具有复杂规律的控制算式的计算。因此，SCC能进行最优控制、自适应控制等，并能完成某些管理工作。SCC系统的优点是不仅可进行复杂控制规律的控制，而且其工作可靠性也较高，当SCC出现故障时，下级仍可继续执行控制任务。

（4）分级计算机控制系统

生产过程中既存在控制问题，也存在大量的管理问题。同时，设备一般分布在不同的区域，其中各工序，各设备同时并行地工作，基本相互独立，故全系统是比较复杂的。这种系统的特点是功能分散，用多台计算机分别执行不同的控制功能，既能进行控制又能实现管理。图5－11是一个四级计算机控制系统，其中过程控制级为最底层，对生产设备进行直接数字控制；车间管理级负责本车间各设备间的协调管理；工厂管理级负责全厂各车间生产协调，包括安排生产计划、备品备件等；企业（公司）管理级负责总的协调，安排总生产计划，进行企业（公司）经营方向的决策等。