顺序控制的基本概念

1.顺序控制及其分类

顺序控制是按照预先规定的顺序（逻辑关系），逐步对各阶段进行信息处理的控制方法。顺序控制以逻辑关系为前提，运算过程也是以逻辑运算为主，输出信息也是二进制的开、关或者通断等逻辑值，因此，顺序控制又称逻辑控制。顺序控制系统可分为时间顺序、逻辑顺序和条件顺序控制三类。

时间顺序控制系统又称固定程序控制系统，它的执行指令是按时间排列的，固定不变。例如，在物料输送过程中，各传输带电动机的起动和停止的控制系统。通常，为防止同时起动时，电流过大，电动机的起动是先开后级再开前级。其开启时间有一定延时。而停止输送时，电动机的停止是先停前级再停后级。这种顺序控制系统由于各阶段的执行条件是时间，且时间是事前确定的和不变的，因此，称为时间顺序控制系统。

逻辑顺序控制系统的执行指令是按先后顺序排列的，和时间无严格关系。如在反应器进料系统中，当进料使反应器内料位达到某一值时，才能开启搅拌电动机。这里进料量的变化会影响达到预定料位的时间，而开启搅拌电动机的条件是料位达到预定值。逻辑顺序控制系统在工业生产过程中应用较多，它们通过条件测定来决定下一步是否执行。

条件顺序控制系统是以条件成立与否为前提，但其条件不同时有不同的执行过程。最常用的系统是电梯系统。电梯是升还是降，取决于电梯现在的位置以及外界给予的指令的综合判定结果。在工业生产过程中的成品分拣系统也是条件顺序控制系统。它通过对产品条件的检查结果来决定产品的去向。

顺序控制系统按所用的器件可分为继电器式、无触点式及可编程序式顺序控制系统。继电器式采用继电器等电气机械式的触点和线圈来完成顺序控制功能。无触点式常采用晶体管等半导体器件。而可编程序式则采用微处理器。可编程序式对接线方式作了重大改进，采用软接线使得系统调试和修改更为方便。

集散控制系统及可编程序逻辑控制器都采用可编程序式。其主要优点是：

1）只有外接线，省去内部接线，安装方便，体积小；缩短系统设计、制造、安装和施工周期。

2）程序修改、系统调试方便；采用标准化模块和编程语言。

3）采用数字通信技术，有利于与上位机通信；平均故障间隔时间高。

4）能适用于恶劣工作环境。

2.顺序控制系统的组成

图2-27是典型的顺序控制系统框图，它主要由以下五部分组成：

图2-27 典型的顺序控制系统框图

1）控制器：指令形成装置，它接收控制输入信号，经处理，产生完成各种控制作用的控制输出信号。系统输出y_k与系统状态s_k和输入x_k之间有下列关系：

y_k=f（s_k，x_k） （2-46）(www.xing528.com)

而系统下一时刻的状态s_k+1也是s_k的函数，即

s_k+1=g（s_k，x_k） （2-47）

由于具有记忆功能，使控制器能实现时序逻辑关系。

2）输入接口：完成输入信号的电平转换。

3）输出接口：完成输出信号的功率变换。

4）检出和检测装置：用于检出和检测被控对象的一些状态信息。

5）显示和报警装置：用于显示系统输入、输出、状态和报警等信息，以利于调试和操作。

3.逻辑运算

顺序控制中的基本量是离散的数字量，其运算是逻辑运算。对逻辑运算关系，常用布尔代数、真值表或卡诺图（Karnaugh Map）的方法进行描述。

顺序控制系统中除了采用基本逻辑运算关系外，还采用一些复杂的逻辑运算关系，如闩锁、触发器、整形等，其中，有些与时间有关的运算还要用计时器或计数器。

4.顺序控制系统的实现

集散控制系统中，顺序控制系统通过分散过程控制装置、可编程序逻辑控制器以及批量控制器等来实现，控制任务的实现通过程序的执行来完成。由于被控对象的控制条件被满足的时间和程序顺序执行的不协调，在集散控制系统中采用两种有效的方法来解决。

1）巡回扫描。当CPU在运行状态时，它将反复自动地执行用户程序，更新输入输出映象区。执行一次用户程序的时间称为扫描时间，或扫描周期。在一个扫描周期内，CPU对顺序控制系统的一个逻辑回路进行输入扫描、执行程序（逻辑运算），并把输出送到输出映象区。巡回扫描时，定时对输入、输出接口进行采集和输出，数据放在输入和输出映象区。而程序的巡回扫描仅对输入输出映象区进行。

2）实时采集和输出。为了提高实时性，在巡回扫描中，当需要某一过程变量的信息时，就中断程序，实时采集该数据并存入输入映象区，然后执行后继程序步。当需要输出某一变量时，也立即执行相应的输出任务。这样，可以较好地解决实时性。

由于扫描周期很短，可以认为系统采集的信息是当时的工作状态。扫描周期与程序执行指令的执行时间、指令类型、指令数量有关。指令的执行时间与时钟频率有关，指令类型和数量不仅与集散系统能提供的指令类型有关，还与控制系统的编程水平有关。集散控制系统为适应不同的应用要求，有些类型还提供可选的扫描周期。最短时间为ms数量级，一般在几十到几百毫秒。有些系统为了得到实时数据，采用中断方式，但由于程序管理复杂，在一般情况下都不采用。