工控机自动化控制系统设计方案
发布者：管理员 　 发布时间：2013-02-24 19:38:31　浏览次数：

工业控制用计算机的构成：用于工业自动化控制的计算机称为工业控制计算机。简称工控机。它由计算机和过程输入输出（ I/O）通过两大部分组成 。计算机是由主机 、输入输出设备和外部磁盘机 、磁带机等组成 。在计算机外部又 增加一部分过程输入 /输出通道 ，用来完成工业生产过程的检测数据送入计算机进行处 理 ；另一方面将计算机要行使对生产过程控制的命令 、信息转换成工业控制对象的控制变量的信号 ，再送往工业控制对象的控制器去 。由控制器行使对生产设备运行控制 。   

工业控制用计算机的特点：控制机与一般通用计算机相比较 ，有如下特点：   
（一）具有较完善的过程通道 ，便于将各种形式的信息变换, 并完成检测数据输入 和控制信息输出。  
输入生产过程检测信号有两大类：一类是电压或电流模拟信号:另一类是开关量或 数字脉冲量 。开关量 、脉冲量都属于数字信号。通常检测出的生产过程信号若是模拟量的话 ,已由一次检测信号经放大、变换后(二次仪表)变为电压0～10伏或变为电 0-10mA.这些模拟量必须经过模/数转换器(ADC:Analog-Digital Cnverter)转换成数字量, 才能被计算机所接受。  

同样输出控制量是数字信号,也得经过数/模转换器(DAC digital-Analog Cnverter),将数字信号转换成模拟信号0-10伏或(0-+5伏)或变为电流:0-10mA, 再送入到控制器去控制生产设备的运行。   

通道中设置模/数转换器（ADC）和数/模转换器（DAC）完成模拟量转换成数字量和数字量转换成模拟量。   

如果检测生产过程的状态信号是数字量时进入通道一般采用隔离（光电、变压器、开关）的数字量信号，只要藕合电位合适，就能被计算机接受。   

（二）要有比较完善的中段系统和高速数据通道，以使其能迅速响应生产过程发出的中段请求，并能与生产过程实时交换信息。   

对来自过程输入/输出通道的中段请求，分成中段优先级别（有的复杂系统分成0…3型，其中3型为过程通道中段，又把它分题0…7级），使来自生产过程的信息处理分轻重缓急，对那些现场保存时间短的信号，优先级别就高，以便先进行处理。如：炼钢过程中测钢水温度的信号，在请求输入（请求中段）后，两秒钟之内得将测温的热电偶信号取进，并转换成数字量送入计算机，这样急于处理的信号走高速通道。并把中段级别定高，使之在两秒之内能将信号取进计算机。又如由大型光电光谱仪测得钢的成分，每种成分（如Mn、P、S、C等）在向计算机送出时，请求计算机接受，限定计算机必须在此330ms之内取走，不然就送下一种成分了。这要求将光谱仪送计算机数据的中段级别定高，便于优先处理，免得在规定时间内没有取到该取到的数据。来自生产过程检测信号按着要求响应时间的长短来定出优先级别。又由完善的中段功能保证控制机能协调工作。   

（三)具有高可靠性。   

工业生产常常是连续（昼夜）生产，这就要求控制计算机具有高度可靠性。不能中途停机，不能发生故障。目前的计算机都能作到几千小时不出一次故障。就是出了故障由于检查故障程序比较完善也能在几分钟之内修复。为了使控制机防止外界干扰除了供电系统采用隔离变压器以外，在生产过程与过程通道之间也采取隔离方法，使其计算机系统与外界的过程控制器和检查仪表之间没有公共地线。用如下三种方法：   
（1）用继电器隔离。  
（2）用变压器隔离。   
（3）用光电管隔离。   

（四） 具有人机联系功能，以便实现人机对话，及时地对生产过程进行必要的干预。生产过程常常会发生意外事故，或生产设备出现问题，控制失灵等，都需要人工停止计算机控制，或发现控制发生偏差，人工可修正控制。   

（五） 具有能正确反映生产规律的数学模型，其数学模型只能近似反映出生产规律，其近似误差愈小，或者说近似程度愈接近，就愈容易实现生产过程最佳控制，达到增加产量提高产品质量、降低消耗、降低成本的目的。因此，实现计算机控制以后，要不断的改善、修正数学模型，提高数学模型近似程度是一项不可缺少的工作。   

（六） 具有适于控制用的软件系统。包括操作系统的系统软件和应用软件，用以提高控制质量，如适用于生产在线控制的实时操作系统 ，各种过程输入/输出通道的中断处理程序，过程I/O数据传输过程出现错误的处理程序和实现过程控制应用程序。   

应当指出，对于现场生产过程的各种生产设备必须具备：   

1.具有能接受控制机（过程输入/输出通道）送来的控制信息，并对生产设备行使控制的控制器或称控制部件。如是直流电机，常采用可控硅控制器，解接受控制器送来的控制信号控制马达的起、停和快慢。有的是用常规控制仪表（PID仪表），由计算机给PID仪表设定或修正调正值，由PID仪表按给定的调正值行使控制。   

2.能有检测生产设备的运行状态的一次仪表（部件）或二次转换仪表部件。检测仪表输出信息能被控制机过程输入/输出通道所接受的模拟量和数字量。   

3. 能有反映生产规律的数学模型。   

这是实现计算机控制生产的三个前提条件，只有具备这三个条件才谈得上计算机自动控制生产过程。