0.1 计算机测控系统的含义与特点

1.测控系统的含义

在工程实践的过程中，需要采取各种方法以获得反映客观事物的量值，这种操作称为测量或检测；也需要采取各种方法支配或约束某一客观事物的进程结果，达到一定的目的，这种操作称为控制。

按照任务的不同，测控系统可以分为三大类，即检测系统、控制系统和测控系统。

● 检测系统：单纯以检测为目的的系统。主要实现数据的采集，又称为数据采集系统。

● 控制系统：单纯以控制为目的的系统。主要实现对生产过程的控制。

● 测控系统：测控一体化的系统，即通过对大量数据进行采集、存储、处理和传输，使控制对象实现预期要求的系统。

工程上，大量的实际系统是测控系统，通常把测控系统也称为控制系统。

所谓计算机测控，就是利用传感器将被监控对象中的物理参量（如温度、压力、液位、速度等）转换为电参量（如电压、电流），再将这些代表实际物理参量的电参量送入输入装置中并转换为计算机可识别的数字量，在计算机的显示器中以数字、图形或曲线的方式显示出来，从而使操作人员能够直观而迅速地了解被监控对象的变化过程；除此之外，计算机还可以将采集到的数据存储起来，随时进行分析、统计和显示并制作各种报表。如果需要对被监控的对象进行控制，则由计算机中的应用软件根据采集到的物理参量的大小和变化情况与工艺要求的设定值进行比较判断，然后在输出装置中输出相应的电信号，推动执行装置（如调节阀、电动机）动作从而完成相应的控制任务。

计算机测控系统包含的内容十分广泛，它包括各种数据采集和处理系统、自动测量系统、生产过程控制系统等，广泛用于航空、航天、核科学研究、工厂自动化、农业自动化、实验室自动测量和控制以及办公自动化、商业自动化、楼宇自动化、家庭自动化等人类活动的各个领域。

以工厂自动化为例，计算机在工业生产过程中的应用始于20世纪60年代初期，首先是用于化学工业生产过程的自动控制，当时，只是用计算机实现了简单的程序控制。20世纪70年代以后，随着微处理机的出现和大量应用，工业生产过程控制的概念已经发生了很大的变化。今天，计算机已经大量进入各个工业部门，承担着生产过程的控制、监督和管理等任务。在工厂的控制室里，如图0-1所示，操作员可以通过显示终端对生产过程进行监督和操纵，键盘和显示屏幕替代了庞大的控制仪表盘以及大量的开关和按钮，控制室已变得越来越小，只需很少几个人就能完成对生产过程进行监督和操纵的任务。

计算机在测控领域中的应用有力地推动了自动控制技术的发展，扩大了控制技术在工业生产中的应用范围，使大规模的工业生产自动化系统发展到了崭新的阶段。

随着科学技术的迅速发展，计算机测控技术的应用领域日益广泛，在冶金、化工、电力、自动化机床、工业机器人控制、柔性制造系统和计算机集成制造系统等工业控制方面已取得了令人瞩目的研究与应用成果，在国民经济中发挥着越来越大的作用。

2.测控系统微机化的重要意义

传统的测控系统主要由“测控电路”组成，所具备的功能较少，也比较弱。随着计算机技术的迅速发展，使得传统的测控系统发生了根本性的变革，即采用微型计算机作为测控系统的主体和核心，替代传统测控系统的常规电子线路，从而成为新一代的微机化测控系统。由于微型计算机的速度快、精度高、存储容量大、功能强及可编程等特点，将微型计算机引入测控系统中，不仅可以解决传统测控系统不能解决的问题，而且还能简化电路、增加或增强功能、提高测控精度和可靠性，显著增强测控系统的自动化、智能化程度，可以缩短系统研制周期，降低成本，易于升级换代等。因此，现代测控系统设计，特别是高精度、高性能、多功能的测控系统，目前已很少有不采用计算机技术的了。在当今，完全可以这样说，没有微处理器的仪器就不能称为仪器，没有微型计算机的测控系统就更不能称其为现代工业测控系统。

计算机技术的引入，为测控系统带来以下一些新特点和新功能。

● 自动清零功能。在每次采样前对传感器的输出值自动清零，从而大大降低因测控系统漂移变化造成的误差。

● 量程自动切换功能。可根据测量值和控制值的大小改变测量范围和控制范围，在保证测量和控制范围的同时提高分辨率。

● 多点快速测控。可对多种不同参数进行快速测量和控制。

● 数字滤波功能。利用计算机软件对测量数据进行处理，可抑制各种干扰和脉冲信号。

● 自动修正误差。许多传感器和控制器的特性是非线性的，且受环境参数变化的影响比较严重，从而给仪器带来误差。采用计算机技术，可以依靠软件进行在线或离线修正。

● 数据处理功能。利用计算机技术可以实现传统仪器无法实现的各种复杂的处理和运算功能，如统计分析、检索排序、函数变换、差值近似和频谱分析等。

● 复杂控制规律。利用计算机技术不仅可以实现经典的PID控制，还可以实现各种复杂的控制规律，如自适应控制、模糊控制等；同时也能够实现控制方案和控制规律的在线修改，使整个系统具有很大的灵活性与适应性。

● 多媒体功能。利用计算机的多媒体技术，可以使仪器具有声光、语音、图像、动画等功能，增强测控系统的个性或特色。

● 通信或网络功能。利用计算机的数据通信功能，可以大大增强测控系统的外部接口功能和数据传输功能。采用网络功能的测控系统则将拓展一系列新颖的功能。

● 自我诊断功能。采用计算机技术后，可对控制系统进行监测，一旦发现故障则立即进行报警，可显示故障部位或可能的故障原因，并提示排除故障的方法。

通过应用计算机测控技术，可以稳定和优化生产工艺，提高产品质量，降低能源和原材料的消耗，降低生产成本；更为重要的是通过应用计算机测控技术还可以降低劳动者的生产强度，提高领导者的管理水平，从而带来极大的社会效益。正因为如此，计算机测控技术得到了迅速的发展。

3.计算机测控系统的特点

计算机测控系统和一般常规测控系统相比，有如下突出特点。

● 技术集成和系统复杂程度高。计算机测控系统是计算机、控制、通信、电子等多种高新技术的集成，是理论方法和应用技术的结合。由于信息量大、速度快和精度高，因此能实现复杂的控制规律，从而达到较高的控制质量。计算机控制系统实现了常规系统难以实现的多变量控制、智能控制、参数自整定等。

● 实时性强。计算机控制系统是一个实时计算机系统，可以根据采集到的数据，立即采取相应的动作。例如，检测到化学反应罐的压力超限，可以立即打开减压阀，这样就可以避免爆炸的危险。实时性是区别于普通计算机系统的关键特点，也是衡量计算机控制系统性能的一个重要指标。

● 可靠性高和可维修性好。这两个因素决定系统的可用程度。由于采取有效的抗干扰、冗余、可靠性技术和系统的自诊断功能，计算机测控系统的可靠性高且可维修性好。例如，有的工控机一旦出现故障，能迅速指出故障点和处理办法，便于立即修复。

● 环境适应性强。工业环境恶劣，要求工业控制机能适应高温、高湿、腐蚀、震动、冲击、灰尘等工业环境。一般的工业控制机有较高的电磁兼容性。

● 控制的多功能性。计算机控制系统具有集中操作、实时控制、控制管理、生产管理等多种功能。

● 应用的灵活性。由于软件功能丰富、编程方便和硬件体积小、重量轻以及结构设计上的模块化、标准化、使系统配置上有很强的灵活性。例如，一些工控机有操作简易的结构化、组态化控制软件，硬件的可装配性、可扩充性也很好。

另外，技术更新快，信息综合性强，内涵丰富，操作便利等也都是计算机测控系统的一些特点。