0.4 计算机控制系统的分类

计算机与其所控制的生产过程有密切关系，根据生产过程的复杂程度可采用不同的控制系统。从应用的特点和控制的目标出发，将计算机控制系统分为以下几类。

1.操作指导控制系统

所谓操作指导控制系统是指计算机不直接控制生产过程，只是对系统过程参数进行收集，按预定的算法计算各控制量，求出最佳设定值，通过显示器或打印机输出数据，操作人员根据这些数据进行必要的操作和控制，如图0-4所示。

操作指导控制系统是在数据采集与处理系统的基础上发展起来的，属于在线检测、离线控制的系统。该系统的优点是结构比较简单，安全可靠，适用于数据检测处理、试验新的数学模型和调试新的控制程序；缺点是操作人员根据计算机输出的指导信息进行操作，控制速度受到限制，实时性较差。目前在一些化工、热工等变化缓慢的过程中，操作指导控制系统应用较多。

2.直接数字控制系统

直接数字控制系统（Direct Digital Control System，DDC）是把数据采集得到的输入数据，根据预先确定的控制规律进行计算，然后输出控制量，通过执行机构直接控制生产过程，是一个闭环控制过程，如图0-5所示。

在DDC系统中，计算机作为数字控制器，完全取代了模拟调节器，实现了多回路控制，而且不需要改变硬件，只需要改变程序就能实现对各种复杂系统的控制，如非线性控制、自适应控制、最优控制、模糊控制等。

直接数字控制系统的性价比较高，是目前工业生产中应用较普遍的一种系统形式，广泛应用于热工、化工、冶金、机械等行业，在冰箱、空调、彩电等家用电器中也发挥着越来越大的作用。

3.监督控制系统

监督控制系统（Supervisory Computer Control System，SCC）就是计算机根据原始的工艺信息和数学模型，求出应当采用的控制信号值，自动地改变模拟调节器或DDC计算机的设定值，从而使生产过程始终保持在最优工作状况下运行。监督控制系统的结构框图如图0-6所示。

SCC系统具有两级结构，其中模拟调节器和DDC系统的计算机是第一级，也称为下位机，它与生产过程直接相连，计算控制量；SCC计算机是第二级，也称为上位机，承担高级控制与管理任务，优化第一级的控制量。SCC系统不仅可以进行给定值控制，而且还可以进行顺序控制、最优控制及自适应控制等。另外，两级控制也使系统的运行性能和可靠性得到很大的提高。

4.集散控制系统

集散控制系统（Distributed Control System，简称DCS）是随着当代工业生产的高度自动化和过程控制的日益复杂化而发展起来的，它是融合了自动控制技术、计算机技术和通信技术为一体的高科技控制系统。系统结构框图如图0-7所示。

集散控制系统的实质就是利用计算机技术对生产过程进行分散控制和集中管理的一种新型控制技术。整个系统采用单元模块组合式结构，主要由集中管理部分、分散监控部分和通信部分组成。其中集中管理部分用于全系统的信息管理和优化控制；分散监控部分用于系统的控制与监督；通信部分连接集散控制系统的各个分散部分，完成数据、指令或其他信息的传递。

集散控制系统具有通用性强、系统组合灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、调试方便、运行可靠等优点，可以提高生产自动化水平和管理水平，提高产品质量。

5.现场总线控制系统

现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS）是20世纪90年代兴起的新一代工业控制技术。现场总线是连接工业现场设备和自动化控制系统的数字式、双向传送、多分支结构的通信网络。现场总线通过网络传输完成控制系统中需要硬件连接才能传递的信号，从而完成各设备的协调，实现自动化控制。现场总线控制系统是一个开发式的互联网络，其机构如图0-8所示。

现场总线控制系统有两个显著的特点，一是信号传输实现了全数字化，避免了传统系统中模拟信号传输过程中不避免的信号衰减、精度下降和容易受到干扰等缺点，提高了信号传输的精度和可靠性；二是实现了控制的彻底分散，把控制功能分散到现场设备和仪表中，使现场设备和仪表成了具有综合功能的智能设备和智能仪表，从而实现彻底的分散控制。