1.1.2 微机控制系统硬件组成

被控对象千差万别，控制任务和控制要求随被控对象的不同而不同，即便是同一个被控对象也可提出多种多样的控制任务或控制要求。因此，微机控制系统的具体组成是因事而变的。尽管如此，根据微机控制系统的结构特征，不同任务的微机控制系统有着相同的抽象结构。图1.2所示是具有一定综合性的微机控制系统硬件结构示意图，它不仅包括了模拟信息的输入/输出过程通道，还含有开关量输入/输出通道、操作控制台与接口、微机I/O设备与接口等，因而更具一般性。由图1.2可知，微机控制系统的硬件体系由工业生产过程（也可以是非工业生产过程，如家庭用的温度、湿度测控）、过程通道、接口、主机、操作控制台、微机I/O设备等组成。

1．工业生产过程

工业生产过程是指在生产现场把原材料变成成品或半成品，或通过原材料获得某些所需参数的工序实现。这种工作规范包括工艺流程、参与设备、人员数量与作用、结果指标等。被控对象来源于工业生产过程。在工业生产过程中，被控对象可以是一个，也可以是多个。例如，数控钻床的被控对象主要是钻头的定位，而炼钢过程的被控对象包括炉温、配料计量、加料传送等。被控对象的信息通过在生产现场的适当位置安设相应的传感器来获得。

2．过程通道

过程通道包括模拟量输入、输出通道，开关量输入、输出通道。过程通道处于工业生产过程与主机接口之间，担负着生产过程与主机交换信息的任务。当被控对象为模拟对象时，由变送器将被控对象的能量存在形式转变为采样装置所能接收的电能形式，然后由采样装置规范成A/D转换器所能接收的电量，最后由A/D转换器转变成微机能够接收的数据送至计算机。如果被控参数是非电物理量，则变送器为传感器；如果被控参数为电量，则变送器或为放大器，或为衰减器。工业生产过程的被控参数以连续变化的非电物理量居多。如果执行机构需要连续的模拟量操纵，则微机输出的数字控制量必须进行D/A转换；当用一个D/A转换器为多个控制点提供控制信号时，要设置保持器。当工业生产过程有数字数据信号或数字状态信号要送主机时，可通过开关输入通道传送；当主机有数字数据信号或数字控制信号等要送工业生产过程时，可通过开关输出通道传送。

3．接口

接口是连接主机与过程通道的数字中介装置。主机通过接口可连接不同类型、不同数量的通道，也可连接各种外设以及操作控制台等。接口种类主要分为并行、串行两大类。接口是数字中介装置的集合，其中的元素是端口。主机给每个端口分配一个地址。当端口地址与主机的I/O输出控制信号配合时，对应的端口称为输出端口；当端口地址与主机的I/O输入控制信号配合时，对应的端口称为输入端口。同一个端口地址与不同的I/O控制信号配合，既可作为输入通道端口，也可作为输出通道端口。按迄今已出现的接口硬件结构情况，可将接口分为三大类：第一类是单独的通用可编程接口芯片，第二类是与CPU集成在一起的可编程接口，第三类是用基本逻辑部件根据需要搭接的可编程接口。

4．主机

主机采用微型计算机，是微机控制系统的标志性内容。主机由CPU、ROM、RAM和系统总线等组成。开发者将系统的相关程序存入ROM，系统启动后，通过输入通道从生产现场获得过程参数，并由控制程序进行处理、分析、运算、决策等得出相应的控制信息，又经输出通道把控制信息回送到生产过程，进而调节被控参数，使之达到并维持预计目标。控制程序是依据控制算法，结合主机的指令系统和通道端口地址而设计的，不仅要反映控制参数与被控参数之间的数学关系，还要满足控制的实时性要求。

在工业生产过程中，处于在线的主机又称为工业控制计算机，简称工业控制机或工控机，其特点是可靠性高，可维修性好，环境适用性强，控制实时性好，输入/输出通道完善，软件丰富等。本书中的主机均指工控机。

5．操作控制台

操作控制台（操作台）是人与微机控制系统交换信息的中介设备，对于工业生产过程的微机控制系统是不可缺少的。通常，微机的I/O设备摆放在控制台上或周围，这样一来，在操作台上工作人员既可看到来自工业现场的运行状态以及被控参数的直接显示和记录，也可观察到由计算机提供的显示内容。当系统出现故障而报警时，操作人员可在控制台上及时获得信息，及时进行处理，如根据操作台提供的故障信息对现场设备进行快速处理、检修，或在控制台对计算机程序、控制参数、试验参数等进行修改和调整等。一般而言，操作控制台应具有以下功能。

（1）显示

显示范围应尽量涵盖工业生产过程中各重要环节、过程通道的各关键部位、辅助及供电设备等。显示装置应根据具体情况来选用。例如，如果希望有图文显示，可配置CRT、LCD显示器等；如只需显示参数，可配置LED、LCD数码管等；如果希望脱机分析数据，可配置打印机、记录仪等；如需及时显示状态或报警，可配置相应的指示灯及发声器。

（2）操作

在操作台除了微机键盘，还应配有相应的可直接操作控制系统的开关、按钮、扳键等，以便在遇到紧急情况时可在操作台上直接强制处理，或在控制台上对系统相关部分进行直接操作或实验。

（3）数据保存

如果微机控制系统的数据量大，控制台可增设光盘刻录机、磁带机、U盘口、移动硬盘口等用于扩展存储容量的设备。

（4）远程信息交换

随着计算机网络技术的普及，对微机控制系统实行联网管理的技术渐趋成熟。因此，操作控制台应设置远程信息交换口，可随时使本系统加入大规模集散系统中。