计算机控制系统的分类方法

计算机控制系统与其所控制的对象密切相关，所控制的对象及要求不同，其控制系统也不同。

（1）操作指导控制系统

所谓操作指导是指计算机的输出不直接用来控制生产对象，而只是对系统过程参数进行收集、加工处理，然后输出数据。由操作人员根据这些数据进行必要的操作，其原理图如图5-3所示。

在这种系统中，每隔一段时间计算机进行一次采样，经A/D转换后送入计算机进行加工处理，然后进行报警、显示，并可定时存储或打印采集的数据。操作人员根据报警或显示的数据进行必要的操作，包括修改设定值等。

该系统最突出的优点是结构简单且安全可靠，特别是对于未摸清控制规律的系统更为适用。它常用于数据检测处理、试验新的数学模型和调试新的控制程序。该系统的缺点是要由人工操作，速度受到限制。

（2）直接数字控制系统（DDC）

直接数字控制（Direct Digit Control）是用一台计算机对被控参数进行检测，再根据设定值和控制算法进行运算，然后输出到执行机构对生产过程进行控制，使被控参数稳定在给定范围内。其系统原理图如图5-4所示。

DDC系统是计算机用于工业生产过程控制最典型的一种系统，已广泛应用于热工、化工、机械、冶金等部门。随着廉价的单片微机的广泛应用，该系统已应用于冰箱、空调、洗衣机、照相机等各种家用电器中。

图5-3 操作指导控制系统原理图

图5-4 直接数字控制系统原理图

（3）计算机监督控制系统（SCC）

计算机监督控制（Supervisory Computer Control）系统简称为SCC系统。在DDC系统中，是用计算机代替模拟调节器进行控制的。而在SCC系统中，则是由SCC计算机测量被控参数，按照描述生产过程的数学模型，计算出最佳给定值送给模拟调节器或者DDC计算机，最后由模拟调节器或DDC计算机控制生产过程，从而使生产过程处于最优工作状态。SCC系统较DDC系统更接近生产变化实际情况，它不仅可以进行给定值控制，还可以进行顺序控制、最优控制及自适应控制等，它是操作指导和DDC系统的综合与发展。SCC系统就其结构来讲，可分为SCC₊模拟调节器控制系统和SCC₊DDC控制系统两类。

1）SCC₊模拟调节器控制系统

该系统的原理图如图5-5所示。

在此系统中，SCC计算机收集被测参数及管理命令，然后按照一定的数学模型计算后，输出给定值到模拟调节器。模拟调节器按给定值和检测值的偏差进行计算后，输出控制信号给执行机构，以达到调节生产过程的目的。这样，系统可根据生产情况的变化，不断地改变给定值，以达到实现最优控制的目的。

图5-5 SCC₊模拟调节器控制系统原理图

在实际系统中，一台SCC计算机可控制多个模拟调节器，形成一个两级控制系统，它特别适合于使用模拟调节器的老企业的技术改造，可实现最佳给定值控制。(www.xing528.com)

2）SCC₊DDC控制系统

该系统的原理图如图5-6所示。

本系统为两级控制系统，一级为监督级SCC，其作用与SCC₊模拟调节器中的SCC一样，用来计算最佳给定值。直接数字控制器（DDC）负责把给定值与测量值进行比较，并进行数字控制计算，然后控制执行机构。与SCC₊模拟调节器系统相比，其控制规律可以改变，使用更灵活。同时由于DDC本身具有A/D测量电路，它可直接把测量得到的数字量传送到SCC，而SCC可把给定值的数字量直接发送给DDC。

图5-6 SCC₊DDC控制系统原理图

综上可知，SCC系统比DDC系统有着更大的优越性，更接近于生产的实际情况，并且可构成多级控制系统。

（4）分级计算机控制系统

生产过程中既存在控制问题，也存在大量的管理问题。以前，由于计算机价格较高，复杂的生产过程控制系统往往采用集中控制的方式。集中控制方式既完成生产过程的各个环节的控制功能，又完成生产的管理工作，可充分利用昂贵的计算机资源。但由于任务过于集中，一旦计算机出现故障，将会影响全局。廉价而功能完善的微型计算机特别是单片微机的出现，允许多台微型计算机分别承担部分任务，组成分布式控制系统。分布式系统将控制功能分散，用多台单片微机分别执行不同的控制功能，用PC机等微型计算机完成上级控制和管理功能。分布式控制具有使用灵活方便、可靠性高、功能强等特点。如图5-7所示的分级计算机控制系统是一种四级的分布式系统，各级计算机的功能如下。

1）装置控制级（DDC级）

装置控制级计算机对生产过程或单机进行直接控制，如进行PID控制或模糊控制，使所控制的生产过程在最优化的状况下工作，有时也用于完成各种数据采集功能。这一级直接与被控对象打交道，一般由单片微机构成。

2）车间监督级（SCC级）

车间监督级计算机根据厂级计算机下达的命令和通过装置控制级获得的生产过程的数据，进行最优化控制，并担负整个车间（或系统）内各装置的工作协调控制以及对装置控制级进行监督。一般由PC机等微型计算机构成。

3）工厂集中控制级

工厂集中控制级计算机根据上级下达的任务和本厂情况，负责制订生产计划、安排本厂工作、进行人员调配、仓库管理和工资管理等工作，并及时将SCC级和DDC级的情况向上级反映。

4）企业管理级

企业管理级计算机用于制订长期发展规划、生产计划和销售计划，同时发命令至各工厂，并接受各工厂、各部门发回的信息，实现全企业的总调度。

图5-7 分级计算机控制系统原理图

工厂和企业管理级的计算机根据规模的不同，可使用高档微型计算机、工作站或中小型计算机，它们一般配有较完善的外部设备和大容量的外部存储器。