計算機控制系統的相關論文(2)
計算機控制系統的相關論文
計算機控制系統的相關論文篇二
《談工業電氣計算機控制系統》
摘要：計算機控制系統是一個實時控制系統，其可靠性是計算機控制系統應用成敗的關鍵，計算機控制系統必須具有完善的人機聯系方式，隨著被控生產過程的不同。常常要求采用不同的控制方案或控制算法，要求計算機控制系統能夠靈活地組成用戶所需要的各種控制方案。
關鍵詞：工業;電氣;計算機;控制;系統
計算機控制系統是一個實時控制系統，其可靠性是計算機控制系統應用成敗的關鍵，計算機控制系統必須具有完善的人機聯系方式，隨著被控生產過程的不同。常常要求采用不同的控制方案或控制算法，要求計算機控制系統能夠靈活地組成用戶所需要的各種控制方案。
1.過程通道
描述生產過程狀態的參數可分為三種類型：模擬量、開關量和脈沖量。而計算機內部只能對一定形式的數值量進行傳送、儲存和處理。過程通道的主要作用就是把生產過程中的模擬量、開關量和脈沖量等參數轉換成符合計算機要求的二進制數字量輸入主機，經過主機處理后，輸送給生產過程的控制量轉換成生產過程的執行機構所要求的模擬量和開關量，饋送給生產過程。
過程通道按信息的傳輸方向可分為輸入通道和輸出通道。每種通道又按信息的類型分為模擬量通道和數字量通道。模擬量通道傳輸連續信號，數字量通道傳輸開關脈沖信號。
1.1模擬量輸入通道
模擬量輸入通道的作用是把生產過程中各種被檢測的模擬量信號轉換為計算機可以接受的數字量信號。模擬量輸入通道它由多路切換開關、數據放大器、采樣∕保持電路、模∕數轉換器、數據接口與控制接口組成。代表被控對象狀態的各種信息由傳感器變換成電信號送到過程輸入通道。在過程輸入通道中，這些信號先被放大或衰減到通道電路能進行線性處理的幅值，轉換成統一的電壓信號，經采樣保持電路進行離散化后以二進制信號送入計算機。
1.1.1多路切換開關
生產過程需要監視的變量很多，如果每一個變量部設置一套A/D轉換電路，不但成本高、電路復雜，而且可靠性隨之下降。另外，由一個中央處理器CPU對多點參數進行采集控制時，只能按分時的方式逐點依次對變量進行采集，即在不同的時刻對不同的參數進行釆樣，計算機收集到的現場信息，對某一點變量而言只是周期性的采樣序列。這就有可能在模擬量輸入通道中。
1.1.2數據放大器
通常由現場來的信號不一定是統一的標準信號，有的是高電平信號。也有的是毫伏級的低電平信號。數據放大器對輸入的高電平信號起阻抗變換和抗干擾作用，而對輸入的低電平信號還起放大作用，以滿足A / D轉換器對輸入信號量程范圍的要求。對數據放大器的主要要求是：精確度高，速度快，頻帶寬，線性度好及共模抑制比高。
1.1.3采樣∕保持器
將模擬量轉換成數字量需要一定的時間，而模擬量輸入通道信號通常隨時間變化。把A/D轉換器感受輸入信號的時間間隔稱為孔徑時間。在孔徑時間內，如果輸入信號有明顯變化，則會給轉換帶來誤差，這種誤差稱為孔徑時間誤差。減少該誤差的一種方法是提高A/D轉換器的轉換速度，以減小孔徑時間。另一種方法則是在A/D轉換器之前采用采樣∕保持器。
1.1.4模∕數轉換器
模∕數轉換器是模擬信號輸入通道的核心部件，它的功能是把模擬信號轉換成與之對應的數字量信號。模義數轉換器的種類很多，按照轉換原理的不同，常用的轉換器有計數式、雙積分式、逐步逼近式和并行式等幾種。逐步逼近式具有成本低、轉換速度快、孔徑時間短等優點，目前得到廣泛應用。
1.2模擬量輸出通道
模擬量輸出通道的作用是把計算機輸出的數字量信號轉換成模擬量信號，以便驅動相應的執行機構，達到控制的目的。
模擬量輸出通道主要由D∕A轉換電路、切換電路和輸出電路等部分組成。為了簡化電路，節省設備，圖中多個輸出電路共用同一個D∕A轉換電路。切換電路用于完成選路的任務，在某一時刻，只選擇通道中的一個輸出電路接受由D∕A轉換器輸出的模擬量控制信號。
1.3開關量輸入通道
在生產過程中，計算機控制系統除了處理模擬量信號外，還有大量的開關量信號需要處理。例如，觸點的接通或斷開，電動機的啟動或停止，閥門的打開或關閉等。這些開關量信號都可以用二進制的“0”或“1”來表示。開關量輸入通道的作用就是把生產過程的各種開關量信號通過它轉換成計算機可以識別的形式，并且采取一定的隔離措施。對于某些非常重要的開關量可以通過中斷方式送到計算機中，以便得到及時處理。
1.4開關量輸出通道
開關量輸出通道是把計算機輸出的二進制代碼表示的開關控制信息，轉換成能對生產過程進行控制的開關量信號。這些開關量信號可以控制閥門的開啟或關閉，執行機構的啟動或停止，指示燈的亮或滅等。
2.信號處理、控制算法及人機聯系設備
2.1信號處理和控制算法
要實現計算機控制系統對生產過程進行監視、控制和管理的功能，就必須及時從生產過程中獲取信息，并把這些信息進行適當的加工和處理，以運行人員易于接受的形式表達出來，或者按照一定的控制規律，產生必要的控制作用。從過程通道可以得到反應生產過程情況的數字量信號，但是這些數字量信號中，有的常常包含著一定的干擾信號，與被測量之間有非線性關系。
2.1.1數字濾波
有些生產過程中，隨機干擾的噪聲頻率是很低的，阻容元件的濾波不能將它們全部消除。一種有效的方法是采用數字濾波器，即利用計算機由一定的計算程序來實現，以減少噪聲在信號中的比重。
2.1.2 PID控制算法
盡管在采用了計算機控制之后，許多過去難以實現的非線性、多變量、自適應和最優化控制算法的研究都獲得了成功，但是在生產過程中，最基本、最方便、最常用的控制算法仍然是由模擬PID控制器發展而來的數字PID控制箅法，如位置式和增量式PID控制算法，以及由其演變而成的其他數字PID控制算法，如改進的PID算法中的微分先行的PID算法、積分分離的PID算法、帶死區的PID控制算法等，用于對生產過程的被控變量與設定值的偏差進行控制運算，產生相應的控制量。上述的控制算法都由計算機軟件功能塊實現。
2.2人機聯系設備
在計算機控制系統中，如果說過程通道是計算機與生產過程之間的橋梁，人機聯系設備則是操作人員與計算機以及過程之間聯系的紐帶。人機聯系設備按照信息傳輸的方向分為輸入設備和輸出設備。前者如鍵盤、鼠標、球標、光筆等，后者如CRT顯示器、打印機、繪圖機等。目前計算機控制系統中用的比較多的是鍵盤、CRT顯示器和打印機。
參考文獻
[1]開俊主編.工業電氣自動化.北京：化學工業出版社，2002
[2]尹廷金主編.工業電氣自動化技術.北京：化學工業出版社，2001
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