关于计算机自动制约系统及其应用

论文导读：制约系统FCS的优缺点，以典型例子来说明相关制约原理。关键词自动制约；制约系统；应用分类1671-7597（2014）03-0117-01计算机自动制约系统是将自动制约技术与计算机技术有机的结合后发展而成的。传统的制约理论面对较为繁杂的制约系统和计算步骤而出现无法解决的情况，存在着一定的局限性，也无法达到制约系统所需的
摘 要 文章主要对计算机制约系统的过程进行分析，阐述了该系统的组成及相关特点，分析数据采集系统、直接数字制约系统、监督计算机制约系统、分级制约系统DES和现场总线制约系统FCS的优缺点，以典型例子来说明相关制约原理。
关键词 自动制约；制约系统；应用分类
1671-7597（2014）03-0117-01
计算机自动制约系统是将自动制约技术与计算机技术有机的结合后发展而成的。传统的制约理论面对较为繁杂的制约系统和计算步骤而出现无法解决的情况，存在着一定的局限性，也无法达到制约系统所需的运转要求。随着制约理论的不断发展，在设计、分析以及综合方面，自动制约的理论基础都在不断完善，而在计算机技术的辅助下发展更为快速，两者的高效结合更是出现了一个高效的平台，加速了该系统的发展速度。
1 计算机制约系统的制约过程分析
分析典型连续制约系统结构可以发现，其构成主要包含以下几个方面：制约器、给定值、反馈值、检测装置、被控对象、执行器以及被控参数等，该系统运转时通过比较器来对给定值与反馈值进行对比分析，在制约器的作用下对计算得到的偏差进行调整，执行结构在该制约信号的驱动下运转，从而实现了对被控参数数值的有效制约，保证其处于预期范围内。计算机自动制约系统就是对连续制约系统中的比较器和制约器以计算机替换，保证完成同样功能和作用的基础上使得系统更加智能。计算机自动制约系统的输入输出信号需要进行模拟信号和数字信号之间的相互转换。
计算机制约系统的制约过程可以分为两个部分，即检测被控参数的数据采集处理过程和对制约器进行制约信号的发送的实时制约的过程，该制约信号是通过既约规律进行计算而得出的制约量。该过程会不断重复发生。系统根据预先设定的要求对监控过程中如果发生异常情况，可进行更正。
2 计算机制约系统的组成和特点
在该系统中，被控对象与计算机之间的数据传输与交换是通过过程输入/输出通道完成，输入通道是将被控参数转变为数字代码，输出通道则相反，将计算机的相关数据和制约命令转变为制约信号对被控对象进行制约。过程输入/输出通道包含有模拟量的输入输出和开关量的输入输出。外界信息与计算机之间的交流是通过外部设备实现，操作台则是实现人机对话的设备。软件主要是为实现计算机制约系统的各种功能。
相对于连续制约系统，计算机制约系统混合有数字信号和模拟信号，这样的方式更方便实现复杂制约。在连续制约系统时，修改制约规律必须进行模拟电路的修改，对结构转变较大，而计算机制约则只需要对相关程序进行修改。计算机制约系统不再是连续制约而是离散制约，一个数字制约器就能实现分时制约而进行多个制约。计算机制约系统能更为有效的实现一体化管理。
3 计算机制约系统的应用类型分类
计算机制约系统主要分为数据采集系统、直接数字制约系统、监督计算机制约系统、分级制约系统DES和现场总线制约系统FCS。
在数据采集系统中，计算机负责采集和处理数据，而直接制约。其作用主要是在生产过程中检测、记录和处理各个工艺变量，超出情况报警提示，对于此类变量还可实现实时分析和累计分析，分析出趋势来给予操作者参考。
在直接数字制约系统中，计算机将按照制约规律运算得到的结果输送到被控对象，调整被控变量以符合相关指标要求。相对于模拟系统的直接传送，该系统的制约信号需要经数模转换后输出才能作用于驱动装置。鉴于计算机的强大计算能力，很方便实现制约算法的转变。计算机进行的制约需要较高的适应性、实时性以及可靠性。
监督计算机制约系统中通过对比既定的数学模型与实际工况来进行优化计算，获得最佳优化值通过数字制约系统来执行。该系统主要任务是高级管理和制约，多采用较高档的计算机以适应大容量和强处理功能的要求。
DES在国内多称为集散制约系统，其为多级计算机系统，以通信网络连接过程监控级和过程制约级，特点是组态方便、配置灵活，可实现分散制约、分级管理和集中操作。FCS是改善DCS系统的标准不统一和过高的系统成本而出现的新型分布式制约系统。随着现场总线技术的不断提升，执行器、传感器都逐步向数字化演变，4 mA～20 mA模拟信号逐步被数字信号代替，现场总线为串行通信网络，为双线、全数字化的多站点网络，连接了制约设备与现场仪表。
4 计算机自动制约的原理分析
在自动制约诞生初，其调节主要是在反馈理论上实现的自动操作，多用于工业制约，随着后期制造业的发展，自动制约理论也得到了进一步的完善，直到完整的自动制约理论体系建立，其制约理论是在传递函数的基础上得到，主要对线性定常数系统、单输入-单输出等理由进行设计和分析。
1）自动制约系统。在自动制约系统中，要实现各类制约就必须先连接制约装置和制约对象，以一定的方式来形成有机整体。该系统中，被控梁为被控对象的输出量，必须为制约的物理量，可设定为固定值，如压力和温度等。制约装置是一个机构总体，能在不同方式、原理上制约被控对象，最基本的是在反馈制约原理下的反馈制约系统。
2）反馈制约系统。在该系统中，被控装置是在制约装置的制约下获取反馈信息，对制约量和被制约量之间的偏差进行修正，以到达制约的目的，这也是反馈制约的基本原理。以下为某典型的反馈模型：
该模型的公式为：
设定A值为5，开3次方
通过此策略就能实现自动调节，在中出现偏大取值，通过计算后的输出值会自动调整变小，而中偏小的取值在计算后自动调整而变大。
在科技不断发展的推动下，计算机在自动制约系统中的应用变得更加高效实用，自动制约也发展到了各个行业领域。同时，还需要从业人员共同努力，将自动制约超低成本、高智能方向发展，保证工业产品的质量。
参考文献
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