计算机控制技术在工业上的应用发展.pdfVIP

计算机控制技术在工业上的应用发展 一、概 述 在近 10 多年里， 计算机技术得到了极大的发展和完善； 无论是在系统硬件成本， 还是在 计算速度和存贮容量方面都取得了很大的进步。特别是面向用户的编程语言也大大简化了。 同时，由于采用了更多的可靠元件、尖端的设计工艺，增加了容错技术、冗余诊断程序，系 统的可靠性也得到较大的提高； 传统的过程控制功能与诸如生产计划、 调度、 优化及操作控 制等实时信息处理和决策应用的不断渗透、 融合，使通过高级计算机控制实现各种过程高性 能目标的手段变得越来越可靠和更为强劲有力； 功能价格比也日趋合理。 因而， 使计算机控 制在工业中的应用得到了迅猛的发展， 而且正越来越广泛地应用于石油、 化工、 钢铁、 造纸、 电力等工业部门，并在提高设备处理能力和生产效率、产品质量；有效利用能源 (水、人力、 材料等资源 )，满足环保、人身安全等严格要求及在日益激烈的国内外市场竞争中，发挥着 举足轻重的作用。 二、集成系统控制 计算机技术的不断发展，使计算机系统的数据采集、处理、存贮、高速执行复杂计算任 务、调整系统需求等能力得到了充实和加强。 计算机控制系统已能实现如信息处理、 数据采 集、过程控制、在线优化、甚至实时调度、生产计划等操作控制功能，这使集成系统控制的 引入成为可能。这样，就可将影响工厂生产效能的所有因素 ( 包括耦合交互作用、系统复合 反馈回路选择等 ) 纳入系统的一体化考虑之中，从而取得全厂最优总体性能效果。集成系统 控制最早是应用在日本的钢铁工业上，并且获得了极大的成功、表现在： ?提高了处理机的工作效率和全厂生产率 ?提高了对能源、稀有材料、人力的有效利用， ?有效地满足了各种苛求技术要求和环保需求； ?有较好的时变适应性； ?能安全地适应各种突发事件； ?能有效、及时地更新系统状态。 三、递阶控制或称多级控制和分层控制 随着生产处理过程的日趋复杂，集成系统控制已无法满足如非线性、时变动态特性等要 求；而递阶控制却能通过提供合理的系统程序，有效地解决这些问题。 具体讲，它是超过将 控制总体问题 (大问题 )分解成若干个易于解决的子问题 (小问题 ) ；并通过一个较为高级的控 制器来进行子问题的协调处理、以保证与总体目标和需求的一致性。 由此，可以从理论上推出以下两种控制结构，即：多层控制 ( 分层控制 )结构 ( 垂直分解式 ) 和多级 (分级 )控制结构 (水平分解式 ) 多层控制方式具有直接控制、监督控制、适应控制和自组织控制四大控制功能。 第一层，直接控制层：主要包括数据采集，事件监督和直接控制三个子功能。 第二层：监督控制层：负责对第一层执行的立即目标或任务进行定义。通常情况下，根 据假定的算术模型去实现对各目标的控制； 在紧急情况下， 则是通过特定的应急程序去完成 对不同目标的有序处理 第三层，适应控制层：主要对第一、二层采用的各种算法进行更新处理。 第四层，自组织控制层：负责对下层相关的算法抉择进行处理。 以上决策都是围绕着性能总体目标这一中心进行的。 在分级控制方式中，总体规划系统则被分解成若干个子系统，每一个子系统都配置一个 独立的局部控制器，其中： ①一级控制器负责对局部扰动进行补偿； ②二级控制器则负责对一级控制器的判据或限制需求进行修正，以响应系统变化，保证 局部控制器动作与系统总体目标一致。 实际上，子系统问题是在一级控制中解决的。但是，由于子系统是耦合的，且交互作用 的，因此，除非所有交互作用需求能同时得到满足，否则，这些控制方案都是毫无意义的， 这将由二级控制协调解决。 四、基于微处理器的分散控制 分散控制系统正越来越广泛地应用于过程工业，其中，