过程通道

过程通道的原理过程通道，也称为管道，是计算机系统中的一种通信机制，用于在不同的进程之间进行数据传输。

其原理可以分为以下几个方面：1. 进程间通信（IPC）：过程通道是一种进程间通信机制，用于在不同的进程之间传递数据。

进程是指在计算机系统中正在运行的程序实例，每个进程都有自己独立的内存空间。

过程通道提供了一种方式，使得不同的进程可以通过共享的通道进行数据传输。

2. 创建通道：为了使用过程通道进行数据传输，首先需要创建一个通道。

通道是一个管道或者缓冲区，用于存储将要传输的数据。

在创建通道时，系统会为其分配一块内存空间，用于存储数据。

3. 数据传输：一旦通道创建成功，进程就可以通过通道进行数据传输。

进程可以向通道写入数据，也可以从通道读取数据。

数据可以按顺序写入通道，并按顺序读取出来，这样可以保证数据的有序性。

4. 同步和异步：过程通道支持同步和异步的数据传输方式。

同步传输是指发送方在发送数据后要等待接收方读取数据才能继续发送，而异步传输是指发送方无需等待接收方的读取动作，可以立即继续发送数据。

5. 进程间同步：过程通道中的数据传输可以实现进程间的同步。

例如，一个进程可以向通道写入一个数据块，然后等待另一个进程从通道中读取该数据块，这样可以实现进程之间的同步。

6. 进程间异步：过程通道也支持进程间的异步传输。

例如，一个进程可以向通道写入多个数据块，而另一个进程可以以自己的速度从通道中读取这些数据块。

这种方式下，两个进程可以以不同的速度进行数据传输，提高了系统的吞吐量。

7. 缓冲区：过程通道通常会有一个缓冲区用于缓存数据。

缓冲区可以对数据进行存储和处理，以控制数据的流动。

当通道中的数据块未被读取时，可以将这些数据块存储在缓冲区中，以便后续读取。

8. 锁机制：为了确保数据在进程间的正确传输，过程通道通常使用锁机制进行数据的同步。

锁机制可以确保每次只有一个进程能够访问通道，从而防止数据的冲突和丢失。

总结起来，过程通道是一种进程间通信机制，通过创建通道和使用缓冲区来实现不同进程间的数据传输。

过程通道的名词解释过程通道是指在操作系统或计算机系统中，负责简化和加速进程间通信的机制。

它允许不同的进程通过共享数据进行相互交流和合作，从而实现更高效的系统运行。

过程通道在计算机领域有着广泛的应用，并且对于了解系统的工作原理和优化系统性能至关重要。

一、进程间通信的背景与必要性在计算机系统中，同时运行着多个进程。

这些进程可以是相互独立的，也可以是相互依赖的。

当进程之间需要共享数据、进行协作或进行信息交换时，就需要通过一种机制来实现进程间通信。

进程间通信的背景是在计算机系统中实现数据共享和协作的需求，而过程通道则是这样一种机制。

二、过程通道的定义与分类过程通道是一个抽象的概念，具体指的是进程间传输数据的通道或介质。

它可以是一段内存区域、一个文件、一个管道或者一个网络连接等。

根据通信的性质和实现方式，过程通道可以分为同步通道和异步通道。

1. 同步通道同步通道是指发送进程和接收进程在通信过程中需要严格同步的通道。

在同步通道中，发送进程要等待接收进程确认收到数据后才能继续进行下一步操作。

这种通道适用于需要保证数据的完整性和一致性的情况，例如数据库事务。

2. 异步通道异步通道是指发送进程和接收进程在通信过程中不需要严格同步的通道。

在异步通道中，发送进程可以一次性发送多个数据项，而无需等待接收进程的确认。

这种通道适用于需要高吞吐量和低延迟的场景，例如实时数据处理。

三、过程通道的实现方式过程通道可以通过多种方式来实现，常见的包括共享内存、消息队列、套接字和管道等。

1. 共享内存共享内存是指在不同进程之间共享同一块内存区域的方式。

进程可以直接读写这块内存区域中的数据，实现高效的数据共享。

共享内存的优点是速度快、无需复制数据，但需要解决进程间的同步和互斥问题。

2. 消息队列消息队列是一种先进先出的通信方式，进程可以将消息写入队列，并由其他进程读取。

消息队列的优点是可以解耦发送和接收进程，在通信过程中可以缓存未读取的消息，提高系统的性能。

工业控制计算机IO过程通道IO过程通道是ICC实现与外部设备数据交换的基础设施，其任务是完成数据的采集、传送和存储等功能。

在ICC中，IO过程通道通常由硬件和软件两部分组成。

硬件部分主要包括信号采集电路、通信接口电路等，用于实现数据信号从外部设备到ICC的传输。

软件部分则是通过编程实现对IO过程通道的控制和管理。

在ICC中，IO过程通道的主要作用有以下几个方面：1.数据采集：IO过程通道可以连接各种传感器、执行器等外部设备，实现对现场设备状态和参数的实时采集。

比如，温度传感器可以通过IO过程通道将采集的温度数据传送到ICC，用于实时监测和控制温度。

2.数据传输：IO过程通道可以将采集到的数据传输给ICC内部的控制程序进行处理。

通过IO过程通道的传输功能，ICC可以实时获取现场设备的运行状态、生产数据等，为工艺控制和生产管理提供数据支持。

3.数据存储：IO过程通道可以将采集到的数据存储到内存或外部存储设备中，以便后续处理和分析。

通过IO过程通道的存储功能，ICC可以实现对历史数据的保存和查询，为生产过程的分析和优化提供数据基础。

4.控制指令传送：IO过程通道可以将ICC内部的控制指令传送给外部设备，实现对设备的控制。

通过IO过程通道的控制指令传送功能，ICC可以实现对现场设备的远程操作和控制，提高自动化程度和生产效率。

IO过程通道的设计和实现需要考虑以下几个因素：1.通信方式：IO过程通道可以采用多种通信方式实现与外部设备的数据交换。

常见的通信方式包括串行通信、并行通信、以太网通信等。

根据不同的应用场景和设备要求，选择合适的通信方式是确保IO过程通道正常工作的重要因素。

2. 通信协议：IO过程通道需要支持多种通信协议，以适应不同外部设备的要求。

常用的通信协议包括MODBUS、Profibus、CANopen等，通过支持不同的通信协议，可以实现与不同设备之间的数据交换和互操作。

3.数据处理能力：IO过程通道需要具备一定的数据处理能力，包括数据采集、传输、存储等。

过程通道的组成和功能摘要: 如果是要控制的是数字量(例如开关的开或关，只有两种状态，可以用”0”或”1”表示)，则不需要进行模拟量与数字量的这种转换，但是为了数据的正常传输，还是需要通道来进行信号的传送。

所以对于一个计算机控制系统，在生产过程...如果是要控制的是数字量(例如开关的开或关，只有两种状态，可以用”0”或”1”表示)，则不需要进行模拟量与数字量的这种转换，但是为了数据的正常传输，还是需要通道来进行信号的传送。

所以对于一个计算机控制系统，在生产过程与计算机之间必须设置用来进行信号传送（和转换）的一个通道，这个通道成为过程通道，或IO 通道，即Input（输入）output（输出）通道。

所以我们对这一章介绍的过程通道的定义为：过程通道：计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道。

（AI、AO、DI、DO）图1 计算机控制系统硬件组成图根据传送的数据不同，可分为模拟量输入（AI）通道、模拟量输出（AO）通道、数字量输入通道、数字量输出通道。

1.数字量输入（DI）通道：把从控制对象检测得到的数字码、开关量、脉冲量或中断请求信号等数字量（因其可用“0”或“1”表示）经过输入缓冲器在接口的控制下送给计算机(检测通道)，其中输入缓冲器的作用是让从生产过程传送过来的信号排一下队，因为计算机可能在做其它的工作（例如在读取其它回路的测量数据），所以需要暂时等待。

当计算机想读这一路数据时，计算机发出信号，将数据读入计算机数据总线。

图2 数字量输入通道2.数字量输出（DO）通道：把从计算机输出的数字信号通过接口输出数字信号、脉冲信号或开关信号(控制通道，电磁阀)图3 数字量输出通道输出时通常要经过输出锁存器，输出锁存器的作用是：计算机将控制量送过来之后，输出锁存器的输出跟随输入。

然后这个数据会一直保持在它的输出端（上图中锁存器的右端），而不再随PC 数据线上的值变化。

这样尽管计算机已经改变了数据总线上的数据(例如向其它回路传送控制量)，但是这一路上的控制量仍然维持在原来的值上，供执行机构适用使用。

过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道，它包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量（开关量）输入通道、数字量（开关量）输出通道。

生产过程的各种参数通过模拟量输入通道或数字量输入通道送到计算机，计算机经过计算和处理之后将所得的结果通过模拟输出通道或数字量输出通道送到生产过程，从而实现对生产过程的控制。

计算机和操作人员之间常常需要互通信息。

为此计算机和操作人员之间应设置显示器和操作器，其中一种是CRT显示器和键盘，另外一种是针对某个生产过程控制的特点而设计的操作控制台等。

通常把上述两类设备简称为人机接口。

数字量的种类一般分为电平式和触点式，电平是高电平或低电平；触点式为触点闭合或触点断开。

其中触点式一般又分为机械触点和电子触点，如按钮、旋钮、行程开关、继电器等触点是机械触点，晶体管输出型的接近开关和光电开关等的输出触点是电子触点。

数字量输入通道（DI 通道）的任务--是把生产过程中的开关状态信号、数字信号转换成计算机易于接受的形式。

信号调理电路--虽然都是数字信号，不需进行A/D 转换，但对通道中可能引入的各种干扰必须采取相应的技术措施，即在外部信号与单片机之间要设置输入信号调理电路凡在电路中起到通、断作用的各种按钮、触点、开关，其端子引出均统称为开关信号。

在开关输入电路中，主要是考虑信号调理技术，如电平转换，RC滤波，过电压保护，反电压保护，光电隔离等。

（1）电平转换是用电阻分压法把现场的电流信号转换为电压信号。

（2）RC滤波是用 RC 滤波器滤出高频干扰。

（3）过电压保护是用稳压管和限流电阻作过电压保护；用稳压管或压敏电阻把瞬态尖峰电压箝位在安全电平上。

（4）反电压保护是串联一个二极管防止反极性电压输入。

（5）光电隔离用光耦隔离器实现计算机与外部的完全电隔离。

当开关 S 闭合时，输入回路有电流流过，光耦中的发光管发光，光敏管导通，数据线上为低电平，即输入信号为“0”对应外电路开关 S 的闭合；反之，开关 S 断开，光耦中的发光管无电流流过，光敏管截止，数据线上为高电平，即输入信号为“1”对应外电路开关 S 的断开。

1计算机控制系统：是利用计算机的硬件和软件带头了自动控制系统的控制器，以自动控制技术，计算机技术，检测技术，计算机通信与网络技术为基础，利用计算机快速强大的数值计算，逻辑判断等信息加工能力，使得计算机控制系统除了可以实现常规控制策略之外，还可以实现复杂控制策略和其他辅助功能。

2自动控制系统通常由被控对象，检测传感装置，控制器等组成。

控制器既可以由模拟控制器构成，也可以由数字控制器构成，数字控制器大多是用计算机实现的。

计算机控制系统：指的是采用了数字控制器的自动控制系统，属于离散控制系统。

3计算机控制系统包括控制计算机(硬件，软件，网络)和生产过程（被控对象，检测传感器，执行机构）两大部分。

4计算机控制系统执行控制程序的过程：实时数据采集；实时计算；实时控制；实时管理5计算机控制系统的性能分析和要求与联系控制系统相似，可用系统的稳定性，能控性，能观性，动态特性级稳态特征来表征，衡量系统优劣的指标同城用稳定裕量，动态指标，稳态指标和综合指标等。

6 稳定性是对控制系统最基本的要求。

通常采用控制理论中的离散系统稳定性分析方法来分析计算机控制系统的稳定性，用稳定裕量（即相角裕量和幅值裕量）来衡量计算机控制系统的稳定性。

7稳态指标是控制系统控制精度和抗干扰能力的一种量度，常用稳态误差来表征。

表示系统的稳态输出量与期望值之间的差值，希望稳态误差e ss越小越好。

8动态指标能够比较直观地反映控制系统的固定性特征。

常用时域指标有：延迟时间，上升时间，峰值时间，调节时间和超调量。

9在控制理论中，经常使用综合性指标来衡量控制系统的性能。

10过程通道的主要任务：过程通道起到了CPU和被控对象之间的信息传送和变换的桥梁作用。

过程通道包括：模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道、数字量输出通道。

11模拟量输入通道作用：完成模拟量的采集并转换成数字量送入计算机。

12采样保持器的作用：为了保证转换精度，使得在A|D转换期间输入模拟信号保持不变，减小转换误差。