0.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和工業(yè)對(duì)象兩大部分組成，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分。其中硬件是指計(jì)算機(jī)本身及其輸入/輸出通道和外圍設(shè)備，軟件是指管理計(jì)算機(jī)的程序及系統(tǒng)過程控制應(yīng)用程序。

1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件組成

硬件由主機(jī)、接口電路及外圍設(shè)備等組成，典型的微型機(jī)控制系統(tǒng)硬件框圖如圖0-2所示。由于控制系統(tǒng)不同，組成系統(tǒng)的硬件也不同，可根據(jù)需要任意擴(kuò)展。

1）主機(jī)

主機(jī)是控制系統(tǒng)的核心，它可以向系統(tǒng)的各個(gè)部分發(fā)出各種命令，同時(shí)對(duì)被控對(duì)象的參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理及控制計(jì)算、邏輯判斷等工作。主機(jī)是整個(gè)控制系統(tǒng)的指揮部，主機(jī)性能的好壞直接影響系統(tǒng)的功能和接口電路的設(shè)計(jì)。

2）I/O接口與輸入/輸出通道

I/O接口與輸入/輸出通道是主機(jī)與被控對(duì)象進(jìn)行信息交換的紐帶。外部設(shè)備和被控對(duì)象是不能直接由主機(jī)控制的，必須由“接口”來傳送相應(yīng)的信息和命令，一般有并行接口、串行接口、直接數(shù)據(jù)傳送接口等。絕大多數(shù)的I/O接口是可以通過編程設(shè)置工作方式的。輸入/輸出通道還包括將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的A/D轉(zhuǎn)換器和將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的D/A轉(zhuǎn)換器等。

3）外圍設(shè)備

外圍設(shè)備是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和外界信息交換的設(shè)備，包括輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和外存儲(chǔ)器，用來顯示、打印、存儲(chǔ)和傳送數(shù)據(jù)。輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)等，主要用來輸入用戶命令和數(shù)據(jù)；輸出設(shè)備有打印機(jī)、顯示器、記錄儀、聲光報(bào)警器等，主要用來顯示或記錄各種信息和數(shù)據(jù)，以便及時(shí)了解控制過程；外存儲(chǔ)器有磁盤驅(qū)動(dòng)器、磁帶錄音機(jī)、光盤驅(qū)動(dòng)器等，主要用來存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。

4）檢測(cè)元件

在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，必須對(duì)各種參數(shù)，如溫度、壓力、流量、成分、液位、速度、距離等進(jìn)行采集，能把這些非電量信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的器件就是檢測(cè)元件。檢測(cè)元件輸出的電信號(hào)再由變送器轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（0～5V或4～20mA），以便進(jìn)一步轉(zhuǎn)換。隨著控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，檢測(cè)元件的品種也越來越多，測(cè)量精度也越來越高。

5）執(zhí)行機(jī)構(gòu)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)是根據(jù)計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制命令產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作，改變被控參數(shù)，使被控對(duì)象達(dá)到規(guī)定運(yùn)行要求的部件。常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有電動(dòng)閥門、氣動(dòng)閥門或液動(dòng)閥門，此外還有伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和晶閘管元件等。

6）操作臺(tái)

操作臺(tái)是人機(jī)對(duì)話的聯(lián)系紐帶，如圖0-3所示。操作人員可以通過它向計(jì)算機(jī)輸入命令、修改參數(shù)，它還可以根據(jù)操作人員的要求顯示被測(cè)參數(shù)或報(bào)警信號(hào)。同時(shí)，操作臺(tái)還具有保護(hù)功能，不會(huì)因?yàn)檎`操作而造成惡劣后果。

2.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件組成

軟件是指完成各種功能的計(jì)算機(jī)程序的總和（如操作、管理、控制、計(jì)算和自診斷等），它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，指揮、協(xié)調(diào)整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)作。按照軟件的功能分類，可分為系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫。

1）系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件是由計(jì)算機(jī)生產(chǎn)廠家提供的專門用來使用和管理計(jì)算機(jī)的程序，如計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)及開發(fā)系統(tǒng)。其中操作系統(tǒng)包括管理程序、磁盤操作程序及監(jiān)控程序等；診斷系統(tǒng)包括調(diào)試程序及故障診斷程序等；開發(fā)系統(tǒng)包括語言處理程序、服務(wù)程序、數(shù)據(jù)管理程序等。

2）應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件是由用戶根據(jù)實(shí)際需要，自己編寫的控制程序，如過程監(jiān)控程序、過程控制計(jì)算程序及公共服務(wù)程序。其中過程監(jiān)控程序包括數(shù)據(jù)處理程序、巡回檢測(cè)程序、上下限檢查及報(bào)警程序、操作面板服務(wù)程序、數(shù)字濾波程序、標(biāo)度變換程序、判斷程序及過程分析程序等；過程控制計(jì)算程序包括控制算法程序、事故處理程序和信息管理程序等；公共服務(wù)程序包括基本運(yùn)算程序、函數(shù)運(yùn)算程序、數(shù)碼轉(zhuǎn)換程序及格式編碼程序等。

3）數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫是一個(gè)長(zhǎng)期存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)、有組織、有共享、統(tǒng)一管理的數(shù)據(jù)集合，主要進(jìn)行數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)維護(hù)和數(shù)據(jù)控制等操作。