4.3.1 直接数字控制(Direct Digital Control,DDC)系统
1.DDC系统概况
DDC系统是一种基本的计算机控制系统,它的基本组成是计算机硬件、软件和算法,它是计算机应用于工业控制的基础。DDC系统是在仪表控制(Instrument Control,IC)系统、操作指导控制(Operation Guide Control,OGC)系统和设定值控制(Set-Point Control,SPC)系统的基础上逐步发展形成的。由DDC系统可以形成监督计算机控制(Supervisory Computer Control,SCC)系统,进一步发展成集散控制系统(Distributed Control System,DCS)、现场总线控制系统(Fieldbus Control System,FCS)、过程控制系统(Process Control System,PCS)或可编辑逻辑控制(Programmable Logic Control,PLC)系统。
2.DDC系统主要组成
计算机控制系统是从OGC系统、SPC系统、DDC系统、SCC系统等逐步发展完善的。前两种系统属于计算机与仪表的混合系统,直接参与控制的仍然是仪表,计算机只起到指导操作和改变设定值的作用;后两种系统中由计算机承担全部任务,而且SCC系统属于两级计算机控制系统。DDC系统中计算机的输入和输出均为数字量,首先将来自传感器或变送器的被控量信号(4～20 m A)经过模拟量输入(Analog Input,AI)通道转换成数字量传送给计算机,再用软件实现PID算法,然后将数字量经过模拟量输出(Analog Output,AO)通道转换成模拟量信号传送给执行器(电动阀或气动阀),由此构成闭环控制回路。由于计算机运算速率快,可以分时处理多个控制回路,不仅可以实现简单控制,而且可以实现复杂控制,如前馈控制、串级控制、选择性控制、迟延补偿控制和解耦控制等。DDC系统一般用于小型或中型生产装置的控制。
DDC系统由被控对象、检测仪表(传感器或变送器)、执行器(电动阀或气动阀)和工业控制机组成,其中工业控制机是DDC系统的核心,它由主机、过程输入输出设备、入机接口和外部设备组成。(https://www.daowen.com)
3.DDC系统特点及优点
DDC系统是一种闭环控制系统。由一台计算机通过多点巡回检测装置对过程参数进行采样,并将采样值与存于存储器中的设定值进行比较,再根据两者的差值和相应于指定控制规律的控制算法进行分析和计算,以形成所要求的控制信息,最后将其传送给执行机构,用分时处理方式完成对多个单回路的各种控制(如比例积分微分、前馈、非线性、适应等控制)。DDC系统具有在线实时控制、分时方式控制以及灵活和多功能控制三个特点。
(1)在线实时控制 DDC系统是一种在线实时控制系统。在线控制是指受控对象的全部操作(反馈信息检测和控制信息输出)都是在计算机直接参与下进行的,无须系统管理人员干预,因此又称联机控制。实时控制是指计算机对外来信息的处理速率足以保证在所容许的时间区间内完成对被控对象运动状态的检测和处理,并形成和实施相应的控制。这个容许时间区间的大小要根据被控过程的动态特性来决定。对于一个快速的被控过程,容许时间区间较小;对于慢速的被控过程,容许时间区间较大。计算机还应当配有实时时钟和完整的中断系统,并应有相当高的可靠性,以满足实时性要求。一个在线系统不一定是实时系统,但是一个实时系统必定是在线系统。
(2)分时方式控制 DDC系统是按分时方式进行控制的,即按照固定的采样周期对所有的被控制回路逐个进行采样,并依次计算和形成控制信息输出,以实现一个计算机对多个被控回路的控制。计算机对每个回路的操作分为采样、计算、输出三个步骤。为了增加控制回路数(采样周期不变)或缩短采样周期(控制回路数一定),以满足实时性要求,通常将三个步骤在时间上交错地安排。例如,对第1个回路进行输出控制时,可同时对第2个回路进行计算处理,而对第3个回路进行采样输入。这既能提高计算机的利用率,又能缩短对每个回路的操作时间。
(3)灵活和多功能控制 DDC系统具有很大的灵活性和多功能控制能力,其中计算机起到多回路数字调节器的作用。通过组织和编排各种应用程序,可以实现任意的控制算法和各种控制功能。DDC系统所能完成的各种控制功能最后都集中到应用程序中,如直接控制程序、报警程序、操作指导程序、人机联系程序、数据记录程序等。这些程序平时存储在数据库中,使用时再从数据库中调出。