0.4 计算机控制系统有哪些形式？

0.4.1 数据采集系统的功能与结构

数据采集系统也称为DAS—Data Acquisition System。其结构如图0.12所示。被控对象中待检测的各种模拟量和开关量通过传感器和变送器，分别经模拟量和开关量输入接口进入计算机，计算机对各信号进行采集、处理后，送显示器、打印机、报警器等设备。

DAS系统的特点是只进行参数检测，不进行控制。I/O接口只有模拟量输入（AI—Analog Input）和开关量输入（DI—Digital Input）接口。这种系统常用于早期的计算机检测系统中，其优点是可以用一台计算机对多个参数进行巡回采集和处理，显示界面好，便于管理。

0.4.2 直接数字控制系统的功能与结构

直接数字控制称为DDC—Direct Digital Control。其系统结构如图0.13所示。计算机既可对生产过程中的各个参数进行巡回检测，还可根据检测结果，按照一定的算法，计算出执行器应该的状态（电磁阀的通与断、调节阀的开度、电动机的启动与停止、电动机的转速等）。DDC系统的I/O接口除了AI和DI外，还有模拟量输出（AO—Analog Output）接口和开关量输出（DO—Digital Output）接口。

DDC控制是真正的计算机控制系统，与DAS相比，其特点是既检测，也控制。由于控制算法用程序编制，可以实现继电器和仪表不能实现的许多功能。

通常DDC系统的一台计算机可以控制几个到十几个回路。如果系统较大，将过多的参数集中到一台计算机上进行控制，不仅对计算机的性能提出了较高要求，更重要的是，一旦计算机出现故障，整个系统将受到严重影响。因此DDC控制的回路越多，可靠性越差。如果使用几台计算机分别控制不同的回路，可靠性会提高，但由于这些计算机之间相互不连接，它们各自为政，不能进行统筹控制。因此DDC适用于控制回路较少的场合。

0.4.3 集散控制系统的功能与结构

集散式控制系统也称为分布式控制系统，简称DCS—Distributed Control System。

集散式控制常用于较大规模的控制系统中，可以很好地解决DDC系统可靠性和统筹性的矛盾。其总体思想是分散控制，集中管理，即用几台计算机分别控制若干个回路，再用一台计算机与这些计算机进行通信，了解各个计算机的工作情况，根据需要向它们发出不同命令。

集散式控制系统的规模可大可小，可以只有两级（称下位机和上位机），也可以多级。典型的三级结构为过程控制级、控制管理级和生产管理级，如图0.14所示。

过程控制级由各控制站组成，控制站可以是DAS，也可以是DDC，用来进行生产的前沿检测与控制。控制管理级由工程师站、操作员站、数据记录检索站等组成，供工程师进行程序调试；操作员进行生产监控、手动操作、报表打印、数据查询等。生产管理级由生产管理信息系统组成，可进行生产情况汇总与调度。

举个形象的例子，如果一个工厂有若干个车间，每个车间有若干台设备，每个设备上有若干参数需要控制，则可以每台设备用1台计算机进行控制。每个车间设1台管理计算机，对该车间的各台控制计算机进行管理。全厂设一台管理计算机，对各车间管理计算机进行管理。车间里的控制计算机相当于车间操作工人，数量最多，对不同的设备负责；每个车间的管理计算机相当于车间主任，领导本车间的操作工；厂级管理计算机相当于厂长，管理各车间主任。当然实际系统会根据需要设置计算机的数量，不一定非要这样机械。

DDC和DAS 计算机通常采用PLC或以单片机为核心的智能控制器。管理级计算机常采用工控机（IPC）。

0.4.4 现场总线控制系统的功能与结构

现场总线系统简称FCS—Field Control System。

DDC系统中计算机与计算机之间的通信采用数字信号通过网络连接。但现场传感器、变送器、执行器仍使用模拟信号。每个传感器、变送器或执行器至少有两根信号线需要连接。当系统中需要检测和控制的参数较多时，施工工作量较大。另一方面，模拟信号在传输时的抗干扰性能比较差，造成系统可靠性下降。

FCS是继DCS之后的新一代分布式控制系统。系统首先要求现场变送器和执行器能直接输出或接收数字信号，使用时将它们“挂在”现场总线上，通过网络与计算机相连。现场总线系统的施工量减少了，抗干扰性能也比较高。

目前DCS和FCS系统还存在不同厂家产品互不兼容的问题。世界知名自动化产品生产商都在积极推出自己的FCS系统和通信协议，但国际上还没有统一的标准，FCS系统还处于研究和发展阶段。相信在不久的将来，FCS系统会有更多的应用。