本站原创计算机控制系统是结合计算机技术、微电子技术、电气技术,以及现代控制理论等应用技术,以实现对特定控制目标的自动化管理.本文将从软件、硬件和系统三方面来就计算机控制技术的理论和应用进行阐述,并展望其未来的发展趋势和方向.
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计算机控制系统是集计算机技术、微电子技术、电气控制技术,以及现代控制理论为一体的综合性自动化技术.从组成来看,计算机控制系统和模拟控制系统存在着一定程度的相似性,其中包含着控制器、控制对象、测量装置、执行机构等,对于系统模拟信号的接受和传输上,还需要借助于D/A 数模转换器与A/D模数转换器.现代控制理论的发展为计算机控制系统的分析与设计注入了理论源泉,也为实现连续控制系统的发展带来了内驱力.
1.计算机控制系统概述
1.1 计算机控制系统组成及特点
计算机控制系统从组成上分为系统软件和应用系统,系统软件主要包含操作系统、语言处理程序及怎么写作性程序,而应用软件主要是结合特定的控制需要而编制的专用程序,如信息采集软件、控制决策程序,报警程序等.对于计算机控制系统来说,数据采集模块通常需要对被控对象模拟量参数进行检测,并A/D转换成数字量信号进行计算处理,对于实时控制模块,则需要将控制信息通过D/A转换出模拟量,以实现对被控设备做出相应的控制.其主要特点为：一是对于系统控制来说,主要是结合程序化模块的修改来实现特定的控制任务；二是从现代计算机控制系统信息传输来看,对被控对象采样、量化等操作都是基于数字信息的输入、输出；三是从实时控制来看,控制系统对信息的处理过程与控制过程是相互适应的；四是从控制中心来看,以计算机为中心的智能化控制中心能够满足多回路、多对象、多参数、多变量的自适应需要.
1.2 计算机控制系统的关键技术分析
现代计算机控制系统的发展因涉及多方面的的技术,如软件设备、硬件设备、执行机构、传感系统、检测系统等,因此,探讨其关键技术主要从以下几点来着手：一是对于嵌入式智能计算机技术的应用,特别的微控制器技术、单片机技术等；二是对于实时控制软件技术的应用,特别是分布式数据库管理系统的开发,实现了对组态软件编程、实时操作；三是以仿真模拟技术基础的控制系统,特别是数字仿真技术、模型混合仿真软件的开发等；四是现场总线技术的应用,使得网络集成技术与现场智能设备进行互相通信；五是综合自动化系统的应用,将网络、信息、软件等融合控制,以满足在线优化、人工智能、预测控制等.
2.计算机控制系统典型应用分析
2.1 基于PC总线的计算机控制系统
工控机作为典型的DDC控制系统,将PC总线作为信息实时采集、转换、控制决策的重要载体,以促进工业生产过程中的控制需要.由于基于总线的计算机控制系统在应用中组成灵活和成本较低等优点,如根据信号处理需要而集成的模块化结构设计功能,将模拟量输入输出（A/D,D/A）、开关量输入输出、脉冲量输入等多功能板块进行组合,从而满足不同工业生产需要,如台湾研华、德国西门子等工控机厂商提供的工控机占有较高的市场份额.以汽车性能检测系统为例来探讨计算机控制系统的卓越表现,对于汽车工业生产来说,汽车性能测试是确保汽车出厂的重要内容,尤其是利用计算机技术来实现对多站点汽车性能动态监测管理,更需要从检测数据的采集、传输、比较分析和输出检测结果中来完成.结合汽车故障检测行业实际,首先从故障检测上来设定各检测项目和内容,通过模块化控制系统来分别针对常见的故障点进行自动判断,并完成对相关检测信息的记录和统计,对于符合相应要求的汽车予以检验合格通过,对于存在性能问题的故障点进行报警并回馈给维修部门,从而实现了计算机控制检测目标.
2.2 基于数字调节器的计算机控制系统
对于数字调节器来说,由微处理器、ROM、RAM、以及数模I/O转换通道、电源等部件构成的微型控制系统.根据控制回路需要分为单路、2回路、4回路或8回路等,还可以实现串级控制和前馈控制等要求.数字调节器从功能上来看相对单一,可以通过软件控制程序来完成不同的控制任务.同时对于数字调节器的通信能力,既可以通过上位机来读取数据,还可以进行设置回路参数.
2.3 基于PLC的计算机控制系统
对于PLC（可编程控制器）系统来说,随着大规模集成电路技术的成熟,对于PLC的控制功能应用更加广泛,不仅可以完成工业生产中对开关量、模拟量、状态信息、定时器、计数器等的控制,还能从PLC扩展通信功能中来实现特殊的函数运算.同时,对于由PLC组成的控制系统来说,其良好的可靠性、高精度、以及可维护性,能够通过PLC来实现对被控设备的自动化控制.以电磁阀的性能检测为例来进行可靠性分析,对于电磁阀性能的检测旨在通过动作试验来分析不同工作环境下动作的可靠性,理论上电磁阀关闭时介质是不能通过的,而对于微量的流体渗漏等问题都需要从泄漏试验中来确定.因此在对电磁阀检测系统进行设计时,需要借助于PLC控制系统来结合电磁阀工作原理和性能特点来进行整体设计,并依据相关行业标准来全面获得电磁阀的性能指标,以满足工艺生产控制需要.
2.3.1 基于系统检测控制功能的分析
系统检测控制主要从动力源、试验台架,以及测控机柜三方面来布置,动力源的检测是针对电机、泵、变频器、稳压稳流装置、以及必要的模拟量仪表和电动截止阀进行信号采集和转换；对于试验台架主要是结合电磁阀、测试管路、各类传感器,及控制阀等来进行现场控制；对于测控机柜则主要针对工控计算机、软件硬件、PLC控制接口设备,以及采集卡等来进行操作和控制,以满足对信号的采集、转换、传输和分析控制,并对信号进行必要的放大、滤波、隔离等标准化处理.
2.3.2 传感与检测单元的硬件结构配置
在对传感与检测单元的硬件结构进行配置时,为了实现对现场数据的实时采集需要,同时为现场控制提供准确的信息反馈控制,需要对传感及检测单元的硬件进行有效配置,如对于传感器的选择上,结合检测系统的性能特点和要求,针对电磁阀检测中涉及的水、气、油等不同介质压力、温度、流量等开关量与模拟量的差异性,对被测信号进行划分,如涡轮式流量传感器误差范围为±（0.25-1.5）%,可承载的压力损失为8×106Pa,温度范围可达-240℃至+540℃,灵敏度要求0.01m3/h等；对于试验台周边环境的干扰问题,尤其是强电配电柜、变频器柜等产生的电磁干扰,采取强-弱分离技术,针对不同供电线路避免电源线与信号线之间的干扰,同时采用多重屏蔽方案,如对弱电系统中的模拟量与数字量进行分离,以双电源分离供电和分离接地的方式来减少数字部分对模拟部分的干扰；采用光电耦合器件来对输入输出开关量进行电气隔离,并采取滤波电路有效减少干扰量对信号传输的影响. 2.3.3 电磁阀PLC控制检测系统流程
在电磁阀PLC控制检测系统中,主控模块负责对系统进行初始化,以及线程控制等操作；数据采集模块负责软件与硬件间的连接,并通过自检系统来提前对系统校准,以确保数据采集卡、传感器、调理电路等环节的可靠性,并对环境干扰进行动态测量；系统维护模块负责系统自检与故障报警,并通过对各系统模块的功能、可用性进行测试,以确保测试过程中数据的真实性和可靠性,并在故障或异常时及时发出报警信号；过程控制模块负责通信控制与智能控制,并通过向PLC发送指令来完成对工作状态数据的采集和处理；数据处理模块是实施检测的数据中心,包括数据的存储、分析及报告的生成,并通过数据分析模块来对检测项目进行评估,并形成报告文件；显示操作模块负责用户操作和实时显示功能,对被测阀相关性能参数、测试方式、以及各测量值的状态显示,以满足形成实时控制的需要.
3.结语
随着网络通信技术、计算机技术的日益成熟与发展,以网络为特征的网络化控制系统,能够突破传统回路控制系统实现现场级网络控制目标,特别是网络接口向自动化仪表单元的转移,使得网络化控制系统与网络通讯系统建立融合；同时,基于网络技术背景下网络通讯能力和网络连接规模的扩大,能够满足信息传递和交换的实时性需要,从而突破了分布式与集散式控制系统在交互性上的不足,进而实现了扁平化控制系统目标.总之,在先进的计算机控制系统实现过程当中,借助于对智能控制技术与应用控制理论的作用,必然推动工业自动化系统水平的不断提高.