計算機控制系統(tǒng)的相關(guān)論文(2)
計算機控制系統(tǒng)的相關(guān)論文
計算機控制系統(tǒng)的相關(guān)論文篇二
《談工業(yè)電氣計算機控制系統(tǒng)》
摘要：計算機控制系統(tǒng)是一個實時控制系統(tǒng)，其可靠性是計算機控制系統(tǒng)應(yīng)用成敗的關(guān)鍵，計算機控制系統(tǒng)必須具有完善的人機聯(lián)系方式，隨著被控生產(chǎn)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(tǒng)能夠靈活地組成用戶所需要的各種控制方案。
關(guān)鍵詞：工業(yè);電氣;計算機;控制;系統(tǒng)
計算機控制系統(tǒng)是一個實時控制系統(tǒng)，其可靠性是計算機控制系統(tǒng)應(yīng)用成敗的關(guān)鍵，計算機控制系統(tǒng)必須具有完善的人機聯(lián)系方式，隨著被控生產(chǎn)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(tǒng)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(chǎn)過程狀態(tài)的參數(shù)可分為三種類型：模擬量、開關(guān)量和脈沖量。而計算機內(nèi)部只能對一定形式的數(shù)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(chǎn)過程中的模擬量、開關(guān)量和脈沖量等參數(shù)轉(zhuǎn)換成符合計算機要求的二進制數(shù)字量輸入主機，經(jīng)過主機處理后，輸送給生產(chǎn)過程的控制量轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)過程的執(zhí)行機構(gòu)所要求的模擬量和開關(guān)量，饋送給生產(chǎn)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(shù)字量通道。模擬量通道傳輸連續(xù)信號，數(shù)字量通道傳輸開關(guān)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(chǎn)過程中各種被檢測的模擬量信號轉(zhuǎn)換為計算機可以接受的數(shù)字量信號。模擬量輸入通道它由多路切換開關(guān)、數(shù)據(jù)放大器、采樣∕保持電路、模∕數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)接口與控制接口組成。代表被控對象狀態(tài)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(zhuǎn)換成統(tǒng)一的電壓信號，經(jīng)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(guān)
生產(chǎn)過程需要監(jiān)視的變量很多，如果每一個變量部設(shè)置一套A/D轉(zhuǎn)換電路，不但成本高、電路復(fù)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(shù)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(shù)進行釆樣，計算機收集到的現(xiàn)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(shù)據(jù)放大器
通常由現(xiàn)場來的信號不一定是統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號，有的是高電平信號。也有的是毫伏級的低電平信號。數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換器對輸入信號量程范圍的要求。對數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換成數(shù)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(zhuǎn)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(nèi)，如果輸入信號有明顯變化，則會給轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度，以減小孔徑時間。另一種方法則是在A/D轉(zhuǎn)換器之前采用采樣∕保持器。
1.1.4模∕數(shù)轉(zhuǎn)換器
模∕數(shù)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的數(shù)字量信號。模義數(shù)轉(zhuǎn)換器的種類很多，按照轉(zhuǎn)換原理的不同，常用的轉(zhuǎn)換器有計數(shù)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(zhuǎn)換速度快、孔徑時間短等優(yōu)點，目前得到廣泛應(yīng)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(shù)字量信號轉(zhuǎn)換成模擬量信號，以便驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)，達到控制的目的。
模擬量輸出通道主要由D∕A轉(zhuǎn)換電路、切換電路和輸出電路等部分組成。為了簡化電路，節(jié)省設(shè)備，圖中多個輸出電路共用同一個D∕A轉(zhuǎn)換電路。切換電路用于完成選路的任務(wù)，在某一時刻，只選擇通道中的一個輸出電路接受由D∕A轉(zhuǎn)換器輸出的模擬量控制信號。
1.3開關(guān)量輸入通道
在生產(chǎn)過程中，計算機控制系統(tǒng)除了處理模擬量信號外，還有大量的開關(guān)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(guān)閉等。這些開關(guān)量信號都可以用二進制的“0”或“1”來表示。開關(guān)量輸入通道的作用就是把生產(chǎn)過程的各種開關(guān)量信號通過它轉(zhuǎn)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(guān)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(guān)量輸出通道
開關(guān)量輸出通道是把計算機輸出的二進制代碼表示的開關(guān)控制信息，轉(zhuǎn)換成能對生產(chǎn)過程進行控制的開關(guān)量信號。這些開關(guān)量信號可以控制閥門的開啟或關(guān)閉，執(zhí)行機構(gòu)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(lián)系設(shè)備
2.1信號處理和控制算法
要實現(xiàn)計算機控制系統(tǒng)對生產(chǎn)過程進行監(jiān)視、控制和管理的功能，就必須及時從生產(chǎn)過程中獲取信息，并把這些信息進行適當(dāng)?shù)募庸ず吞幚?，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(guī)律，產(chǎn)生必要的控制作用。從過程通道可以得到反應(yīng)生產(chǎn)過程情況的數(shù)字量信號，但是這些數(shù)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(guān)系。
2.1.1數(shù)字濾波
有些生產(chǎn)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?nèi)肯?。一種有效的方法是采用數(shù)字濾波器，即利用計算機由一定的計算程序來實現(xiàn)，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(xiàn)的非線性、多變量、自適應(yīng)和最優(yōu)化控制算法的研究都獲得了成功，但是在生產(chǎn)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(fā)展而來的數(shù)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(shù)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(qū)的PID控制算法等，用于對生產(chǎn)過程的被控變量與設(shè)定值的偏差進行控制運算，產(chǎn)生相應(yīng)的控制量。上述的控制算法都由計算機軟件功能塊實現(xiàn)。
2.2人機聯(lián)系設(shè)備
在計算機控制系統(tǒng)中，如果說過程通道是計算機與生產(chǎn)過程之間的橋梁，人機聯(lián)系設(shè)備則是操作人員與計算機以及過程之間聯(lián)系的紐帶。人機聯(lián)系設(shè)備按照信息傳輸?shù)姆较蚍譃檩斎朐O(shè)備和輸出設(shè)備。前者如鍵盤、鼠標(biāo)、球標(biāo)、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(tǒng)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(yè)電氣自動化.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002
[2]尹廷金主編.工業(yè)電氣自動化技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001
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