0.4 計算機控制系統(tǒng)有哪些形式？

0.4.1 數據采集系統(tǒng)的功能與結構

數據采集系統(tǒng)也稱為DAS—Data Acquisition System。其結構如圖0.12所示。被控對象中待檢測的各種模擬量和開關量通過傳感器和變送器，分別經模擬量和開關量輸入接口進入計算機，計算機對各信號進行采集、處理后，送顯示器、打印機、報警器等設備。

DAS系統(tǒng)的特點是只進行參數檢測，不進行控制。I/O接口只有模擬量輸入（AI—Analog Input）和開關量輸入（DI—Digital Input）接口。這種系統(tǒng)常用于早期的計算機檢測系統(tǒng)中，其優(yōu)點是可以用一臺計算機對多個參數進行巡回采集和處理，顯示界面好，便于管理。

0.4.2 直接數字控制系統(tǒng)的功能與結構

直接數字控制稱為DDC—Direct Digital Control。其系統(tǒng)結構如圖0.13所示。計算機既可對生產過程中的各個參數進行巡回檢測，還可根據檢測結果，按照一定的算法，計算出執(zhí)行器應該的狀態(tài)（電磁閥的通與斷、調節(jié)閥的開度、電動機的啟動與停止、電動機的轉速等）。DDC系統(tǒng)的I/O接口除了AI和DI外，還有模擬量輸出（AO—Analog Output）接口和開關量輸出（DO—Digital Output）接口。

DDC控制是真正的計算機控制系統(tǒng)，與DAS相比，其特點是既檢測，也控制。由于控制算法用程序編制，可以實現繼電器和儀表不能實現的許多功能。

通常DDC系統(tǒng)的一臺計算機可以控制幾個到十幾個回路。如果系統(tǒng)較大，將過多的參數集中到一臺計算機上進行控制，不僅對計算機的性能提出了較高要求，更重要的是，一旦計算機出現故障，整個系統(tǒng)將受到嚴重影響。因此DDC控制的回路越多，可靠性越差。如果使用幾臺計算機分別控制不同的回路，可靠性會提高，但由于這些計算機之間相互不連接，它們各自為政，不能進行統(tǒng)籌控制。因此DDC適用于控制回路較少的場合。

0.4.3 集散控制系統(tǒng)的功能與結構

集散式控制系統(tǒng)也稱為分布式控制系統(tǒng)，簡稱DCS—Distributed Control System。

集散式控制常用于較大規(guī)模的控制系統(tǒng)中，可以很好地解決DDC系統(tǒng)可靠性和統(tǒng)籌性的矛盾。其總體思想是分散控制，集中管理，即用幾臺計算機分別控制若干個回路，再用一臺計算機與這些計算機進行通信，了解各個計算機的工作情況，根據需要向它們發(fā)出不同命令。

集散式控制系統(tǒng)的規(guī)模可大可小，可以只有兩級（稱下位機和上位機），也可以多級。典型的三級結構為過程控制級、控制管理級和生產管理級，如圖0.14所示。

過程控制級由各控制站組成，控制站可以是DAS，也可以是DDC，用來進行生產的前沿檢測與控制。控制管理級由工程師站、操作員站、數據記錄檢索站等組成，供工程師進行程序調試；操作員進行生產監(jiān)控、手動操作、報表打印、數據查詢等。生產管理級由生產管理信息系統(tǒng)組成，可進行生產情況匯總與調度。

舉個形象的例子，如果一個工廠有若干個車間，每個車間有若干臺設備，每個設備上有若干參數需要控制，則可以每臺設備用1臺計算機進行控制。每個車間設1臺管理計算機，對該車間的各臺控制計算機進行管理。全廠設一臺管理計算機，對各車間管理計算機進行管理。車間里的控制計算機相當于車間操作工人，數量最多，對不同的設備負責；每個車間的管理計算機相當于車間主任，領導本車間的操作工；廠級管理計算機相當于廠長，管理各車間主任。當然實際系統(tǒng)會根據需要設置計算機的數量，不一定非要這樣機械。

DDC和DAS 計算機通常采用PLC或以單片機為核心的智能控制器。管理級計算機常采用工控機（IPC）。

0.4.4 現場總線控制系統(tǒng)的功能與結構

現場總線系統(tǒng)簡稱FCS—Field Control System。

DDC系統(tǒng)中計算機與計算機之間的通信采用數字信號通過網絡連接。但現場傳感器、變送器、執(zhí)行器仍使用模擬信號。每個傳感器、變送器或執(zhí)行器至少有兩根信號線需要連接。當系統(tǒng)中需要檢測和控制的參數較多時，施工工作量較大。另一方面，模擬信號在傳輸時的抗干擾性能比較差，造成系統(tǒng)可靠性下降。

FCS是繼DCS之后的新一代分布式控制系統(tǒng)。系統(tǒng)首先要求現場變送器和執(zhí)行器能直接輸出或接收數字信號，使用時將它們“掛在”現場總線上，通過網絡與計算機相連。現場總線系統(tǒng)的施工量減少了，抗干擾性能也比較高。

目前DCS和FCS系統(tǒng)還存在不同廠家產品互不兼容的問題。世界知名自動化產品生產商都在積極推出自己的FCS系統(tǒng)和通信協議，但國際上還沒有統(tǒng)一的標準，FCS系統(tǒng)還處于研究和發(fā)展階段。相信在不久的將來，FCS系統(tǒng)會有更多的應用。