计算机测控系统概述

第一章1.1测控系统的概念测控系统是现代检测技术与现代控制技术发展的必然和现实的需要，是以检测为基础，以传输途径，以处理为手段，以控制为目的的闭环系统。

测控系统的基本构成由四个部分构成：传感检测部分：感知信息（传感技术、检测技术）信息处理部分：处理信息（人工智能、模式识别）信息传输部分：传输信息（有线、无线通信及网络技术）信息控制部分：控制信息（现代控制技术）1.3测控系统的基本特点❖设备软件化：简化硬件、缩小体积、降低功耗、提高可靠性。

❖过程智能化：以计算技术和人工智能为核心。

❖高度灵活性：实现组态化、标准化、分布式。

❖高度实时性：采集、传输、处理、控制高速化。

❖高度可视性：图形编程、三维技术、虚拟现实。

❖测控一体化：测量、控制、管理。

二、测控系统的分类和组成（ppt图10页）1.检测系统又称数据采集系统。

以通用计算或嵌入式计算系统为核心，单纯实现系统信号的检测、处理、记录和显示为目的的系统。

2.控制系统以通用计算机或嵌入式计算系统为核心，单纯以实现控制为目的的系统。

3. 测控系统以通用计算机或嵌入式计算机系统为核心，以实现检测、传输、处理和控制为目的的系统4. 局域分布式测控系统以通用计算机和网络为核心，以实现对分布在局部区域内的多个系统的检测、传输、处理和控制为目的的系统5. 广域分布式测控系统以通用计算机和网络为核心，以实现对分布在大范区域内的多个系统的检测、传输、处理和控制为目的的系统四、测控技术的发展方向◆微型化：向微机电系统方向发展◆网络化：向无线网、自组织网、物联网、泛在网方向发展◆智能化：向人工智能化方向发展◆虚拟化：向虚拟现实方向发展测控系统的网络化（1）有线测控网络工业总线、局域网络、广域网（2）无线测控网络ADhoc自组织网络、传感网（3）混合测控网络物联网、泛在网第二章MEMS器件的封装要求(1)封装应对传感器芯片提供一个或多个环境通路(接口)；(2)封装给传感器带来的应力要尽可能的小；(3)封装与封装材料不应对应用环境造成不良影响；(4)封装应保护传感器及其电子器件免遭不利环境的影响；(5)封装必须提供与外界的通道。

测控系统从它诞生到现在大致已经历过了四个阶段：即由气动到电动的集中控制式系统，集散式（DCS）控制系统，最前沿的是包括FCS 的网络集成全分布式系统。

因为试验场的试验项目种类繁多，测试设备多种多样，采用的总线、接口标准也各不相同，必须合理的将这些设备通过网络的形式组织起来，形成可靠、实用的适合于试验场应用的测试网络。

网络化测控系统结构属于网络应用体系结构的范畴。

而以OSI七层模型框架为代表的网络通信体系结构，主要只反映了网络通信方面的结构恃性，并没有充分反映出含计算机的测控网络系统中，综合信息采集、处理、存储、传输和控制的重要特征，更难以反映网络应用系统的结构特征。

网络应用体系结构就是研究包括基本网络系统和应用软件在内的网络应用系统的体系结构，它应把传统的网络通信体系结构内容(OSI七层模型)与应用软件及其运行环境要素的体系结构内容(如测控系统)结合在一起，形成一个统一的计算机网络应用系统的抽象结构模型，它可以更本质地反映该系统综合信息采集、处理、存储、传输和控制的结构特征。

根据以上分析，网络化测控系统的抽象结构框架可如图1-1所示。

图1-1 网络化测控系统的抽象结构框架该模型明确反映出系统中各重子系统之间的基本接口关系不依赖子系统内部的具体结构和特性，实现了接口标准化、通用化，以提高系统的开放性。

因为开放电子系统体系结构使用的是标准的系统接口，允许设计者使用最新的、性能最好的电子器件、通用电子模块和计算子系统，这样可以确保测试系统的性能处于领先地位。

随着测控技术、计算机技术、网络技术以及各种高科技在测控系统中的发展，测控系统的基本结构也逐步由集中控制式经历了集散控制式发展到网络分布式系统。

下面简单介绍一下几种控制系统的大致情况。

一、集中控制式测控系统其体系结构的特点概括为：①统一集中控制；②一对一物理联接；③功能单一、结构复杂、可以升级扩展；④系统高效，可以对全局进行优化。

二、集散控制式测控系统集散控制式测控系统, 以控制站的直接数字控制ＤＤＣ对现场的分散被控对象进行实时分散控制，而以操作站的中央管理计算机进行集中操作、显示、报警、优化控制功能等，随着计算机可靠性的提高，价格的大幅度下降，出现了数字调节器、右编程控制器（PLC）以及由多个计算机递阶构成的集中、分散相结合的集散控制系统。

一．概述1.计算机测控技术的含义：是传感技术，自动控制技术，计算机技术，通信技术，计算机网络技术，智能技术和数据库管理技术综合发展的产物。

2.计算机测控系统的含义：是以测量与控制为目的，在无人直接参与的情况下，应用计算机测控技术实现目标对象的数据采集，信息处理，决策控制，监督管理的综合自动化系统。

3.测试系统特点：网络化，多功能，智能化，易操作，可靠性高等。

4.测控系统的基本组成：测控对象；测控系统硬件（测试主机，检测与执行机构，过程通道，通信与网络接口，人机接口）；测控系统软件（数据采集，分析及处理，控制决策，控制输出，监控报警，数据通信系统管理）5.典型的测控系统：1）基于处理器的测控系统；2）基于工控机的测控系统；3）集散控制系统（DCS）；4）基于现场总线的测控系统；5）工业以太网测控系统；6）基于无线通信的测控系统；7）基于Internet的网络测控系统。

6.微处理器化测控系统的组成：嵌入式微处理器（最核心），外围硬件设备，接口部件及软件。

特点：1）功能丰富，性价比高；2）结构紧凑，可靠性高；3）具有自测试和自诊断功能；4）系统自动化水平高；5）系统能实现复杂的运算和控制功能；6）系统的人机对话能力强；7）系统构成柔性化。

7.集散控制系统（DCS）：体系机构按垂直分解通常分为三级：第一级即分散过程控制级（基础）；第二级为集中操作监控级；第三级为综合信息管理级。

集散控制系统特点：1）采用分级递阶结构；2）采用微处理器技术；3）采用工业以太网络通信技术；4）采用高可靠性技术；5）具有丰富的软件功能。

8.现场总线控制系统（FTS）是以现场总线为基础，是开放式，数字化，多点，铜线的网络化控制系统。

FCS的特点：1）全数字化；2）系统开放性；3）互操作与互换性；4）现场是被智能化，功能自治；5）高度分散性；6）高度环境适应性；7）低成本；8）信息系统化。

9.测控系统发展趋势：测控系统的智能化，网络换，虚拟化，多样化，标准化。

第一章计算机测控系统概述计算机测控系统是一种用计算机和相关设备进行控制和测量的系统。

它通常包括硬件设备、软件工具和算法，用于收集、分析和处理测量数据，并根据需要控制被测对象。

计算机测控系统被广泛应用于各个领域，如工业自动化、环境监测、科学研究等。

计算机测控系统的基本构成主要包括传感器、数据采集卡和数据处理器。

传感器用于将被测量转换为电信号，传感器的种类多种多样，根据不同的测量对象和需求选择合适的传感器进行测量。

数据采集卡是连接传感器和计算机的接口，它负责将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，然后传输给计算机进行处理。

数据处理器是计算机或嵌入式设备，它负责接收和处理采集到的数据，并根据需要进行控制操作。

计算机测控系统的核心技术包括数据采集和处理、数据传输和通信、控制和决策算法等。

数据采集和处理是系统的基础部分，它涉及到模拟信号转换为数字信号的过程，以及对采集到的数据进行滤波、去噪、校准等处理。

数据传输和通信是系统与外部设备或网络之间进行信息交换的方式，通常使用串口、以太网等接口进行数据传输。

控制和决策算法是系统的核心部分，它根据测量数据进行分析和判断，并根据需要进行自动或手动控制操作。

计算机测控系统的优势在于其高效、准确和灵活的特点。

通过计算机的处理能力和算法优势，可以对大量的测量数据进行实时分析和决策，提高系统的控制精度和效率。

同时，系统的硬件设备可以根据需要进行扩展和更新，以适应不同的测量对象和环境要求。

此外，计算机测控系统还可以实现远程监控和操作，便于用户对系统进行远程控制和数据访问。

然而，计算机测控系统也存在一些挑战和问题。

首先，系统的稳定性和可靠性是一个关键问题，由于测控系统常常运行在复杂的工业环境中，例如高温、强电磁干扰等，因此对系统的硬件设备和软件工具进行可靠性设计是至关重要的。

其次，系统的数据安全和保密性也是需要考虑的问题，特别是在一些敏感领域和国家级重点工程中，对系统的数据进行保护和防护是必不可少的。

第二章计算机测控系统组成及类型2.1 计算机测控系统的组成及特点计算机测控系统是应用计算机来实现生产过程的测试、控制的系统。

其组成框图如图2-1所示。

操作人员微机测控系统图2-1 计算机测控系统的组成主机是计算机的测控系统的中心。

主机由的系统板上装有微处理器、内存贮器和一些支持元件组成。

外部设备是计算机专用的输入输出设备。

主要有：键盘、打印机、视频显示器、外存贮器（软盘、硬盘、磁带、可读写光盘等）。

外部设备起人机联系的作用，通过它人工才能了解和干预生产过程。

计算机是由主机和外部设备组成。

外围设备计算机测控系统中生产过程信号输入输出通道。

输入通道包括模拟量输入、开关量输入和脉冲量输入通道。

输出通道包括模拟量输出、数字量输出、脉冲量输出、报警通道和时钟通道。

由计算机和外围设备组成了工业控制机。

生产过程的各种参数，如温度、压力、流量、位移、成分等，通过传感器的测量输给外围设备的输入通道。

控制部件则通过接收外围设备的输出通道的信号来控制生产过程。

用工业控制机对生产过程进行测控就组成了计算机测控系统。

主机、外部、外围和测控仪器仪表，是计算机测控系统的硬件部分。

除硬件部分之外，还必须配备相应的软件。

计算机测控系统的软件可分系统软件和应用软件。

系统软件是计算机本身的操作系统和监控程序，它有一定的通用性，由计算机生产厂家提供。

应用软件是实现生产过程测控的应用程序，也称用户程序，它具有专用性，由用户根据具体需要编制。

由常规测控仪器仪表构成的模拟测控系统，虽具有可靠性高、成本低、易于维护操作的优点，但是它难以实现多变量测控、复杂控制规律的控制，如最优控制，自适应控制，时变控制；模拟控制屏越来越长，难以实现集中控制；各分子系统之间不便于进行通讯联系，难以实现多级控制；控制方案的修改比较麻烦。

计算机测控系统则能很好地解决上述问题。

计算机测控系统不仅能完成模拟测控系统的所有功能，而且还具有如下优点：（1）测控的速度和精度高；（2）由于计算机具有分时操作功能，所以一台计算机可以代替多台常规测控装置；（3）由于计算机具有记忆和逻辑判断功能，所以能够综合生产过程各方面的情况，在工艺参数变化时能及时地作出判断，选择最优控制。

计算机测控系统的设计与实现(总10页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--计算机测控系统的设计与实现1 计算机测控系统的发展历程及其定义在现代工业控制领域，计算机以其无以伦比的运算能力，数据处理分析能力，在测控系统中起到了很大了作用，测控系统的发展经历了五个阶段：测控系统的发展在20世纪50年代，测控系统处于自动测量、人工控制阶段，整个系统结构简单，操作灵活，但由人工操作，速度受到了限制，不能同时控制多个对象。

在20世纪60年代，采用电动单元组合式仪表测控系统，测控系统处于模拟式控制阶段，系统的控制精度和速度都有了提高，但抗干扰的能力比较差，且对操作人员的经验要求比较高。

直到20世纪70年代到20世纪80年代，出现的计算机集中测控系统以及分布式测控系统，才使得人类在控制领域实现了一次巨大的飞跃。

计算机测控系统的发展首先，在60年代末期，出现了用一台计算机代替多个调节控制回路的测控系统，就是直接数字测控系统，它的特点是控制集中，便于运算的集中处理，然而这种系统的危险性过于集中，可靠性不强。

随着70年代，电子技术的飞速发展，由美国Honeywell公司推出了以微处理器为基础的总体分散型测控系统，它的含义是集中管理，分散控制，所以又称为集散测控系统。

分布式测控系统是在集散测控系统的基础上，随着生产发展的需要而产生的新一代测控系统，分布式测控系统更强调各子系统之间的协作，有明确的分解策略和算法。

因此，计算机测控系统就是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象联系，以达到一定控制目的所构成的系统2 计算机测控系统的组成测量设备计算机主控器执行机构人机界面通讯模块图1 测控系统的组成计算机测控系统的组成如图1所示，包括计算机主控器、测量设备、执行机构、人机界面或通讯模块所组成。

测量设备测量设备的主要作用就是向计算机主控器输入数据。

一般来说，是利用传感装置将被控对象中的物理参数，如：温度、压力、液位、速度。