0.4 计算机测控系统的组成
计算机测控系统和一般计算机系统一样，也是由硬件和软件两部分组成的，如图0-4所示。
图0-4 计算机控制系统组成原理简图
1.计算机测控系统的硬件组成
计算机测控系统的硬件部分一般由计算机主机、过程通道、操作控制台、被监控对象（生产机械或生产过程）等部分组成。
1）计算机主机
由微处理器、内存储器及系统总线组成的计算机主机是整个计算机测控系统的核心，它的功能、性能直接影响到系统的优劣。主机按照预先存放在内存中的程序指令，由过程输入通道不断地获取反映被控对象运行工况的信息，并按程序中规定的控制算法，或操作人员通过键盘输入的操作命令自动地进行信息处理、分析和计算，做出相应的控制决策，并通过过程输出通道向被控对象及时地发出控制命令，以实现对被控对象的自动控制。
目前，所采用的主机有单片机、PLC和工业PC（工控机）等。在实际应用中，应根据应用规模、控制目的和控制需要等选用性价比高的计算机，例如，对于小型控制系统、智能仪表及智能化接口，尽量采用单片机模式；对于新产品开发或用量较大，为了降低成本，也可采用单片机模式；对于中等规模的控制系统，为了加快系统的开发速度，可以选用PLC或工控机，应用软件可自行开发；对于大型的生产过程控制系统，最好选用工控机、专用DCS或FCS，软件可自行开发或购买现成的组态软件。
如果控制现场环境比较好，对可靠性的要求又不是特别高，可以选择普通的个人计算机，否则还是选择工控机为宜。在主机的配置上，以留有余地、满足需要为原则，不一定要选择最高档的配置。
2）过程通道
过程通道是计算机主机与生产过程被控对象之间进行信息传递和变换的连接装置。根据信号传送方向，可分为输入通道和输出通道；根据传送信号的形式，又可分为模拟量通道和开关量通道。目前工业上使用最多的是板卡式过程通道，其次是远程I/O模块。
（1）模拟量输入通道。在微机测控系统中，为了实现对生产过程或其他设备或周围环境的测量和控制，首先必须对各种模拟量参数如温度、压力、流量、成分、液位、速度、距离等进行采集，为此，要用传感器和变送器将采集量变成标准的电信号，通过滤波放大，经A/D转换器转换成计算机能接收的数字量。
（2）模拟量输出通道。目前工业生产中使用的执行机构，其控制信号基本上是模拟的电压或电流信号。因此计算机输出的数字信号必须经D/A转换器变为模拟量后，方能去控制执行机构。当控制多个回路时，还需要使用多路开关进行切换。
（3）开关量输入通道。开关量输入通道的任务主要是将现场输入的开关信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能够接收的逻辑信号。
开关量输入通道在控制系统中主要起以下作用：定时记录生产过程中某些设备的状态，例如电动机是否在运转，阀门是否开启等；对生产过程中某些设备的状态进行检查，以便发现问题并进行处理。
（4）开关量输出通道。对于只有“0”和“1”两种工作状态的执行机构或器件，用计算机控制系统输出开关量来控制它们，例如控制电动机的起动和停止、信号指示灯的亮和灭、电磁阀的打开与关闭、继电器的接通与断开、步进电机的运行等。开关量输出通道的任务就是把计算机输出的开关信号传送给这些执行机构或器件。
（5）执行机构。在计算机测控系统中，必须将经过采集、转换、处理的被控参量（或状态）与设定值（或事先安排好的动作顺序）进行比较，然后根据偏差来控制有关输出部件，达到自动调节被控量（或状态）的目的。
（6）I/O接口。外部设备和被控对象是不能直接由计算机主机控制的，必须由“接口”来传送相应的信息和命令。I/O接口是主机和通道、外部设备进行信息交换的纽带。接口电路有并口、串口、脉冲接口和直接数据传送接口等。绝大多数I/O接口都是可编程的，它们的工作方式可以通过编程设置。
由上可知，过程通道由各种硬件设备组成，它们起着信息变换和传递的作用，配合相应的输入/输出控制程序，使计算机和被控对象间能进行信息交换，从而实现对生产机械、生产过程的控制。
3）操作控制台
操作控制台是操作员与计算机控制系统之间进行联系的纽带，如图0-5所示。通过操作控制台，操作人员可及时了解被控过程的运行状态、运行参数、报警信号等，并进行必要的人为干预，发出各种控制命令或紧急处理某些事件，实现相应的控制目标，还能通过它输入程序和修改有关参数。
图0-5 计算机操作控制台
为了实现上述功能，操作控制台一般应包括以下几部分：
（1）信息显示。采用状态指示和报警指示的指示灯、声光报警器、LED、LCD或CRT显示屏，显示所需内容和报警信号。在显示数据较少、系统功耗小的简易系统中，更多的是采用LCD显示器；而在规模比较大，要求比较高的复杂控制系统中，可以选用CRT显示器。因为CRT显示器不仅可以显示数据表格，而且可以显示各种图形，如控制系统流程图、参数变化趋势图、调节回路指示图等。清晰美观的显示，不是简单地为了改善控制系统外观，而是为了便于操作人员工作，提高系统的性能。
（2）信息记忆。主要采用打印机、记录仪、存储设备等输出设备。存储设备有磁盘驱动器、光盘驱动器、优盘、磁带机等，主要用于存储程序和数据。
（3）工作方式选择。采用各种开关，如按钮、扳键等，实现工作方式的选择，例如电源开关、数据及地址选择开关、操作方式（如自动、手动）选择开关等。通过这些开关，可以完成对计算机的启动、暂停，对系统的启动、暂停，对参数或数据的修改，对工作方式、算法、控制方式进行选择等功能。
（4）信息输入。采用输入设备，有键盘、扫描仪、纸带读入机和卡片读入机等，主要用于输入程序和数据。操作键盘一般应包括数字键及功能键。数字键主要用来向主机输入数据或修改控制系统的参数。通过功能键可向主机申请中断服务，使计算机进入功能键所代表的功能服务程序，如启动、复位、打印、显示等功能服务程序。
计算机控制系统的复杂程度不同，其硬件组成差别很大，可根据实际情况进行选择。
2.计算机测控系统的软件组成
计算机测控系统的硬件是完成测控任务的设备基础，而计算机的操作系统和各种应用程序是执行测控任务的关键，统称为软件。计算机测控系统的软件程序不仅决定其硬件功能的发挥，而且也决定了测控系统的控制品质和操作管理水平。计算机只有在配备了所需的各种软件后，才能构成完整的测控系统。在计算机测控系统中，许多功能都是通过软件来加以实现的，即在基本不改变系统硬件的情况下，只需修改计算机中的程序便可实现不同的控制功能。
软件通常由系统软件和应用软件组成。
1）系统软件
系统软件是计算机运行操作的基础，用于管理、调度、操作计算机的各种资源，实现对系统监控和诊断，提供各种开发支持的程序。
系统软件包括操作系统、监控管理程序、故障诊断程序、各种语言的汇编、解释和编译程序、数据库管理系统、通信网络软件等。
操作系统提供了程序运行的环境，是计算机测控系统信息的指挥者和协调者，并具有数据处理、硬件管理等功能，如DOS、Windows 98/2000/XP、UNIX等。
用于开发测控系统应用软件的是各种语言的汇编、解释和编译程序，包括：面向机器的汇编语言（如Masm）、面向过程语言（如C语言）、面向对象语言（如Visual C++、Visual Basic等）、监控组态软件（如KingView、MCGS、FIX等）、虚拟仪器软件（如LabVIEW、LabWindows/CVI等）、数字信号处理软件（如Matlab），以及各种数据库软件等。
考虑到目前工业自动化企业工控机上普遍使用Windows操作系统，对工控软件的要求是具有良好的人机界面和丰富的监视画面，在使用上操作简捷，能在较短的时间开发出功能完善的测控软件，因此当前测控软件的开发普遍采用面向对象语言、监控组态软件及虚拟仪器软件等。
系统软件通常由计算机厂商和专门软件公司研制，可以从市场上购置。计算机测控系统的设计人员一般没有必要自行研制系统软件，只是将其作为开发应用软件的工具。但是只有了解和学会使用系统软件，才能更好地开发应用软件。
2）应用软件
应用软件是计算机在系统软件支持下实现各种应用功能的专用程序。应用软件是软件公司或用户为了解决某类应用问题而专门研制的软件，主要包括科学和工程计算软件、文字处理软件、数据处理软件、图形软件、图像处理软件、应用数据库软件、事务管理软件、辅助类软件和控制类软件等。计算机测控系统软件属于应用软件，它主要实现企业对生产过程的实时控制和管理以及企业整体生产的管理控制。
计算机测控类应用软件是测控系统设计人员根据某一具体生产过程的控制对象、控制要求、控制任务，为实现高效、可靠、灵活的控制而自行编制的各种控制和管理程序。其性能的优劣直接影响控制系统的控制品质和管理水平。
控制对象的差异性使对应用软件的要求也有很大的差别。一般在工业控制系统中，针对每个控制对象，为了完成相应的控制任务，都要求配置相应的专门控制软件，才能使整个系统实现预定的功能。
计算机测控系统的应用软件一般包括过程输入和输出接口程序、控制程序、人机接口程序、显示程序、打印程序、报警和故障诊断程序、通信和网络程序等。
测控类应用软件的编写涉及生产工艺、控制理论、控制设备等相关领域的知识，一般由测控系统设计人员根据不同的控制对象和不同的控制任务自行编制或根据具体情况在商品化软件的基础上自行组态。
软件技术对于计算机测控系统的重要性，表明了计算机技术在现代测控系统中的重要地位，但不能认为，掌握了计算机技术就等于掌握了测控技术。这是因为，其一，计算机软件永远不可能全部取代测控系统的硬件；其二，不懂得测控系统的基本原理就不可能正确地组建测控系统，也不可能正确应用计算机。一个专业的程序设计者，可以熟练而又巧妙地编制科学计算的程序，但若不懂测控技术则根本无法编制测控程序。测控程序是专业程序编制人员无法编写的，而必须且只能由精通测控技术的工程人员来编写。