I/O接口

I/O接口是主机(CPU)与被控对象进行信息交换的纽带。主机通过I/O接口与外部设备进行数据交换。目前,绝大部分I/O接口电路都是可编程的,即它们的工作方式可由程序进行控制。
此外,由于计算机只能接收数字量,而一般的连续化生产过程被测参数大都为模拟量,如温度、压力、流量、液位、电压以及电流等。因此,为了实现计算机控制,还必须把模拟量转换成数字量,即A/D转换。同样外部执行机构的控制也多为模拟量,所以计算机计算出控制量之后,还必须把数字量变成模拟量,即D/A转换。

检测元件及执行机构

在计算机控制系统中,为了对生产过程进行控制,首先必须对各种数据进行采集,如温度、压力、流量、液位等。为此,必须通过检测元件,即传感器,把非电量参数转换成电量。这些信号经变送器转换成统一的标准信号(0—5V或4—20mA)后,再送入计算机。因此,检测元件精度的高低,直接影响计算机控制系统的精度。
为了控制生产过程,还必须有执行机构,它们的作用就是控制各参数的流入量,例如,在水位控制系统中控制进入容器的水的流量。执行机构有电动、气动。液压传动等,也有的采用电动机、步进电机以及可控硅元件等进行控制。

计算机控制系统软件

对于计算机控制系统而言,除了上述硬件组成部分以外,软件也是必不可少的。所谓软件是指完成各种功能的计算机程序的总和。软件分为系统软件和应用软件两大部分。它们是计算机控制系统的神经中枢,整个系统的协调工作都是在软件指挥下进行的。按使用的语言来分,软件可分为机器语言、汇编语言和高级语言;就其功能来分,软件可分为系统软件、应用软件及数据库。
系统软件一般是由计算机厂家提供的,专门用来使用和管理计算机的程序。这些软甲一般不需要用户自己设计,对用户来讲,他们只是作为开发应用软件的工具。
应用软件是面向生产过程的程序,如A/D、D/A转换程序,数据采样、数字滤波程序,标度变换程序,键盘处理程序,显示程序,过程控制程序(如PID运算程序)等等。应用软件大都由用户自己根据实际需要进行开发。

数字量与模拟量

I/O模块:在现场控制站中,种类最多、数量最大的就是各种I/O模块。其中包括:模拟量输入通道(AI),模拟量输出通道(AO),数字量输入通道(DI),数字量输出通道(DO)等。I/O通道的发展趋势是进一步智能化,通过在I/O模块上安装单片机,使其成为一个可独立运行的智能化的数据采集与处理单元,自动地对各路输入信号巡回检测、非线性校正及补偿运算等。而装有AI与AO通道的模块,其功能就相当于一个多回路的数字调节器。

传感器与控制系统的连接

传感器感应出所测量的物理量,经过变送器成为电信号进入计算机输入通道中。根据信号的不同,主要与如下两种输入通道连接:

(1)模拟量输入通道AI

计算机的模拟量输入通道AI一般是电压测量通道,也就是说它可以测量出接至输入端的电压值。当变送器输出为电流时,就需将电流信号变换为相应的电压信号。
与模拟量输入相关的传感器:
温度传感器、湿度传感器、压力/压差开关、流量传感器、空气质量传感器、电量变送器。

(2)数字量输入通道DI

目前计算机只能判断DI通道上电平高/低两种状态,直接将其转换成数字量1或0,进而对其进行逻辑分析和计算。对于以开关状态作为输出的传感器(如流水开关、风速开关或压差开关)就可以直接连接到DI通道上。
除了测量开关状态,DI通道还可以直接对脉冲信号进行测量,测量脉冲频率,测量其高电平或低电平的脉冲宽度,或对脉冲个数进行计数。

执行器与控制系统的连接

现场控制器通过两类输出通道与执行器连接:

(1)数字量输出通道DO

他可以由控制软件将输出通道置成高电平或低电平,通过驱动电路即可带动继电器或其他开关元件,也可以驱动指示灯显示状态。
例如:电磁阀、交流接触器。

(2)模拟量输出通道AO

输出的信号为电压或电流。其输出的电压或电流的大小由控制软件决定。由于计算机内部处理的信号,因此这种可连续变化的模拟量信号是通过数字/模拟转换电路(D/A)产生的。
例如:电动调节阀(包括蝶阀、平衡阀、直通单座调节阀、闸板阀、隔膜调节阀)、风门、变频器及可控硅。

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