实时控制系统

    实时控制系统 : 以计算机为中心的实时控制系统,按硬件组成形式可分成以下三种:
一、单板(单片)机控制:单板机是在一块印刷电路板上装有CPU芯片,一定数量的内存储器(ROM/RAM)和输入输出(I/O)接口电路。利用单板机的输入输出(I/O)接口与被控设备的输入输出端点连接,根据被控设备的要求,编制程序并写入EPROM中,即可实现单板机自动控制。目前我国以Z80—CPU为核心的八位单板机运用较广。如果把CPU、存储器和I/O接口集成在一块芯片上,则这块集成电路芯片称单片机。单片机的性能和单板机一样,但体积更小,具有很高抗干扰能力。单片机的典型产品有8031、8051、8096等。单板机和单片机适合于用作专用机、智能仪器仪表控制或微型计算机控制系统的前沿控制器,直接与被控对象联系。
二、集中控制方式:为了充分发挥微型机CPU快速、高效的特点,往往要求CPU能同时处理多个任务,为多个被控对象服务。单板机受其容量和接口限制难以实现。微型计算机系统利用其内部总线结构,可以方便灵活地根据被控对象要求扩充所需I/O接口,适合于多目的,多任务控制场合,而且能实现比较复杂的控制和运算。利用一台微机系统实现多任务过程控制方式称为系统机集中控制。这种控制方式有如下优点:
(一)能实现复杂的、多任务控制。
(二)有较好的人机联系功能,被控参数可以集中在CRT屏幕上显示或通过打印机输出。也可以通过键盘对被控过程进行干涉,因而简化了操作。
(三)软件资源丰富,可以充分利用操作系统的各种软件功能来简化编程程序,并可以直接应用高级语言编程。
(四)系统机均为标准总线,系统功能更改和扩充非常方便。
由于过程控制的环境复杂,为提高抗干扰能力,系统机不宜使用磁盘驱动器,现在已有把磁盘操作系统固化在ROM中,使用半导体虚拟磁盘控制系统。
三、分级分布式控制方式:分级分布式控制是在前两种方式基础上发展和完善起来的,是使用十分方便灵活的系统。分级分布式控制方式是由多个相互独立、自成系统的基本控制器组成的下位机和由微型计算机系统作为上位机相结合而组成,是多CPU式工作方式。它适合于多任务、控制过程复杂的场合。下位机基本控制器一般由单板机或单片机组成,直接工作于控制现场,可以独立完成控制过程,所以也称之为前沿控制器,各个基本控制器之间没有横向联系。上位机(微型计算机系统)则承担对各基本控制器进行综合管理和协调,并对需要显示、打印的数据进行集中处理,上下位机间一般采用串行通讯方式。目前,分级分布式控制被公认为最先进的过程控制方式,是实现大系统综合控制的理想设计方案。分级分布控制方式可以分两级、三级或多级控制,同时也可以实现远距离遥控。在设计分级分布控制系统时,要合理解决多路中断源竞争和上、下位机间通讯问题。分级分布式控制系统有如下的特点:
(一)一个分布式系统可以有多个前沿控制级子系统,各个子系统都是独立运行的,当上位机(也称系统主机)发生故障时,不影响其下位机各子系统的正常运行。各子系统之间也没有横向联系,可以避免故障时的相互影响,确保整个系统稳定可靠。
(二)下位机作为前沿控制器一般都安置在被控设备附近,缩短了计算机与被控设备之间的电缆长度,也减少了由连线引进计算机的干扰,提高了系统的可靠性。
(三)分布式系统上位机(系统主机)对所管理的所有前沿控制器进行集中监控,对各子系统传输来的主要参数进行校验,并作出相应的判断。上位机只作监视,因此可以设在远离工作现场的控制室内,避免环境干扰。
(四)分布式系统控制数据在上位机中集中处理,可共享系统主机的大容量内存、外部存储器、显示器和行式打印机,降低了整个系统的成本。
(五)在必要时系统主机还可附加调制解调器,通过电话线路或微波话路与远地通讯,因而可以组成远程实时控制网络。