通用控制系統

隨着工業控制計算機(IPC)越來越便宜，產品質量越來越可靠，相應的應用軟件越來越豐富，以IPC為核心的計算機監控系統的開發工作也越來越受到人們的普遍關注。針對我國中小型企業生產現狀，從我國現有技術條件出發，為滿足中小型企業技術改造的需要，多年來科學家們致力於研究開發以IPC為主要核心機的通用控制系統，力求投資小，通用性好，組合靈活，操作簡單，使用方便，一機多用，開發出一種可適應不同生產對象，能運行在各種生產環境，控制系統可大可小，較為實用，性價比高的工控機通用控制系統。 ^[1] 

不同的生產工藝，其生產過程往往存在較大差異，但從測控的任務來看，主要需解決一般工藝參數的監測或重要被控參數的控制問題。當然，在實施過程中，監控系統具備輔助管理生產的功能也很重要。因此，集測、控、管為一體的計算機監控系統可滿足大多數中小企業生產測控要求。

為適應工業監控領域先進性、可靠性和通用性的要求，選擇價格低廉，質量可靠，接口板豐富，運行環境好的IPC，配置相應的外圍設備，採用先進的工業控制軟件為支撐，構成通用的控制計算機監控系統。

一般情況下，系統採用二級監控結構，第一級為現場監控級，第二級為監控管理級，需要時，可增加終端機級。

選用IPC作為監控用計算機，可以單機、雙機熱備份，上下位機等構建監控模式，配置相應接口板卡後可完成以下任務。可通過內置卡(A/D、DI、熱偶、熱阻)實時採集各被測模擬和數字輸入量，或通過外置數據採集系統進行測量。

可進行相應的控制運算，並將控制輸出量通過相應板卡(D/A、DO)送出，實施各測控迴路的在線調節。顯示系統當前的運行工況，包括總貌圖、控制流程圖、實時動態趨勢、歷史數據曲線、虛擬儀表盤等內容以定時中斷方式與監控管理機通訊，發送實時採集數據及工況運行信息等，以隨機中斷方式接收監控管理機送出的工作指令及調節信號。

手操控制器具有手動/自動雙向無擾動切換、手動遙控、電壓電流轉換等功能。手動控制輸出通過儀表面板薄膜鍵盤的鍵入方式，通過數字電位器來實現輸出的增大與減小。輸出值可由手操器面板上的數碼管顯示，並可存儲在EEPROM中，屬於非易失記憶型手操器。正常工作時，可將D/A送來的1～5VDC轉換成4～20mADC信號送往執行器。當監控機出現故障或生產需要時，可切向手動實現遙控操作。切換方式有軟切換(通過計算機鍵盤實現)和硬切換(通過控制器面板按鍵實現)，切換的優先權屬硬手動遙控方式。 ^[1] 

採用IPC或PC機作為監控管理計算機，配置相應外圍設備後可完成下列任務。以定時方式與各子系統監控計算機通訊，獲取實時顯示及數據處理所需的數據，以隨機方式發送管理機對各子系統監控計算機的工作指令或管理命令。對生產過程重要數據及當前運行工況進行圖形、文本或報警顯示。建立生產信息數據庫，具備對運行數據的分析統計、歷史數據的存儲、查詢功能。

系統內的各台工控機及管理機在Windows環境下，藉助交換機(監控管理計算機)連接為一個局域網。通過UB中的控件開發了網絡環境下的通訊程序，可根據實際情況採用TCP(傳播控制協議)或UDP(用户數據報協議)進行通訊聯繫和數據傳輸。軟硬件的設計開發較簡單，而數據傳輸速度卻比傳統RS—422快數倍，並且抗干擾能力強。通過該局域網。可將生產信息經數據管理系統整合後，傳遞給生產管理及生產調度部門，從而實現信息共享與協調。 ^[1] 

系統軟件模塊包括監控機軟件，監控管理機軟件，終端機軟件等。

組態軟件，主要由工程瀏覽器和畫面運行系統兩部分組成。工廠瀏覽器內嵌畫面開發，用於完成畫面的設計開發，畫面運行系統則為瀏覽器生成的總貌圖、儀表盤、對象狀態等動畫提供一個運行環境。採用VisualBasic語言設計應用程序，實現各種圖形與曲線的顯示、數據運算、控制算法、報表打印等功能，對於監控機擴展接口板的訪問，採用Delphi語言編寫鏈接庫來實現，可完成應用系統中大量實時數據的採集與控制。 ^[1] 

監控管理機軟件與前述監控機軟件模塊基本相同。只有當監控機是作為上、下位控制方式中的上位控制計算機，或是作為雙機熱備份控制結構中的備用控制機時，否則監控管理機主要作用是進行生產運行的監控與管理，生產信息和管理指令通過通訊網進行交換，應用軟件仍可由組態軟件與VB兩部分組成。 ^[1] 

近年來，機器人控制系統的結構與特性越來越為人們所重視。特別是在與機器人控制有關的研究中，為了從關節這一級來改善和提高系統的性能，迫切要求機器人具有開放和人機交互特性。

為建立一個開放式機器人通用控制系統，需要解決以下兩方面問題:

(1)針對“開放式”結構要求，應設法給用户提供一個標準的控制界面和一個常規的語言(如MicrosoftC)環境，藉此，可實現對機器人結構參數的設置和可控參數的調節，以及對機器人進行其他一切作業級的操作與控制。

(2)針對“通用性”要求，應使所建立的系統不經任何改動或者僅需最小的改動就可適應不同機器人本體的要求。 ^[2] 

圖為對應的機器人控制系統的軟件結構。它由用户操作平台，PC運動函數庫，用户應用程式，PC通訊程序，通訊緩衝區，DSP通訊程序，DSP中斷服務程序，DSP運動函數庫以及DSP主控程序所組成。由於這裏用户操作平台建立在流行的PC機上，且提供常規的MSC語言離線編程環境，控制系統對用户具有全開放特性:用户不僅可以通過交互式操作平台對機器人本體進行基本操作和在線調試，而且還可以通過常規MSC語言離線編程環境，進行關節級的控制算法研究。現將系統軟件各模塊功能簡述如下。