Сочетание контрольно-измерительной аппаратуры с цифровыми ЭВМ выгодно в нескольких отношениях. Во-первых, ЭВМ может разносторонне усовершенствовать работу по сбору данных. Статистические методы н методы цифрового фильтрования позволяют повысить надежность и точность результатов измерений. ЭВМ могут сравнивать отклики нескольких параллельных детекторов и анализировать результаты сравнения; в частности, таким путем в ходе измерений можно проверять правильность калибровки детекторов и находить детекторы, вышедшие из строя. ЭВМ позволяют увеличить число аналитических приборов и использовать более сложные аналитические методы. Например, управляемая ЭВМ аналитическая система может автоматически отбирать пробы, проводить хроматографический анализ, интерпретировать результаты анализа с помош,ью храияш,ихся в ее памяти градуировочных шкал или алгоритмов и выдавать выходной сигнал в удобной для оператора форме. Хотя простейшие операции согласования и коррекции сигналов (например, линеаризация) можно выполнять также с помощью специальных электронных схем, ЭВМ позволяют осуществить эти операции без всяких дополнительных приборов. Другое преимущество ЭВМ при сборе данных связано с их способностью хранить в памяти большое число результатов измерений в цифровой форме. При необходимости эти данные можно вызывать из памяти машины в любое удобное время, подвергать анализу и отображать в необходимом виде.
ЭВМ позволяют существенно улучшить качество анализа и интерпретации данных. С их помощью можно, например, по результатам нескольких измерений практически мгновенно вычислить такие важные параметры, как скорость утилизации кислорода и дыхательный коэффициент. Дополнительную информацию о ходе процесса можно получить по результатам ограниченного числа измерений с помощью современных неавтономных методов расчета состояния и параметров системы. Несколько детальнее проблема применения ЭВМ для анализа данных освещена в следующем разделе; там же приведен ряд конкретных примеров.
ЭВМ в очень большой степени расширяют возможности оптимизации процессов и управления ими. Одна ЭВМ, заменяя множество традиционных аналоговых регуляторов, может с помощью стандартных алгоритмов обратной связи одновременно регулировать несколько переменных, например рН и температуру. ЭВМ облегчают внедрение сложных методов регулирования, в которых учитывается несколько параметров одновременно, например регулирование определяемого расчетным путем дыхательного коэффициента. Их можно применять для оценки и совершенствования математических моделей процессов, которые затем в свою очередь могут быть использованы для нахождения оптимальных условий и режима процесса. Более того, блок памяти и расчетный блок ЭВМ обеспечивают выполнение, например, программы скорости подачи питательных веществ или изменения рН в периодическом микробиологическом процессе.
Управление периодическим процессом, по сути дела, заключается в тщательно контролируемом и координируемом последовательном включении, выключении и переключении насосов, вентилей и клапанов. Ранее все эти операции выполнялись различными таймерами и реле, а теперь с ними успешно справляются ЭВМ. Использование ЭВМ для управления операциями переключения целесообразно в тех случаях, когда возникает необходимость в регулировании нескольких параллельных периодических процессов (например, ферментеров), продукты которых далее последовательно поступают на ту или иную периодическую операцию обработки (например, осаждение, хроматографическое разделение и т, д.). Управление отдельными операциями, а также более сложные методы и цели управления мы рассмотрим в разд. 10.6 и 10.7 соответственно.
Прежде чем перейти к интереснейшей теме применения ЭВМ, вкратце ознакомимся с некоторыми принципами устройства цифровых компьютеров и соответствующих интерфейсов.
Здесь мы рассмотрим только самые общие принципы и понятия, а также ряд конкретных примеров сочетания ЭВМ с процессами. Поскольку совершенствование конструкций и удешевление ЭВМ и их программного обеспечения происходят в настоящее время очень быстрыми темпами, то описание какой-либо конкретной ЭВМ, скорее всего, устареет к тому времени, когда оно будет опубликовано (во всяком случае, в книге). По этой же причине читатель должен отдавать себе отчет в том, что в тот момент, когда он знакомится с теми или иными примерами, приводящимися в этой главе, весьма вероятно, что уже существуют более дешевые и более эффективные способы решения той же или гораздо более сложной аналогичной проблемы.