1.1 什么是计算机控制
计算机监测控制系统就是以计算机为核心部分的监测控制系统。计算机监测控制系统又称DDC（Direct
Digitial
Control）系统，即直接控制系统，它对测量数据的处理以及控制算法都是以数字计算为基础，通过软件实现的。这是20多年来监测控制系统从常规模拟仪表向计算机逐渐过渡的结果。图1-1为最简单的窗式空调器的计算机控制器。图中单片计算机是仅由一块集成电路芯片构成的控制用计算机，只要外接晶体振子（图1-1中的M）、直流5V电源及很简单的启动电路即成为一台计算机，可按照预先在芯片中写入的程序，进行测量与控制工作。房间温度由图1-1中热敏度电阻Rt测出，其电阻值随房间温度而变化。温度变送器进一步将电阻信号变为0～2V电压信号，接到单片计算机的模拟量输入口AI1处（这实际对应着单片机芯片的一个管脚），此信号即可被单片机读出，通过软件将此电压信号换算成温度数值。单片机的一个开关量输出DO1（Digital
Output）可以根据软件命令成为高于2.4V的高电平或低于0.4V的低电平。当软件将此管脚的电压置为高电平时，晶体管T1导通，使继电器J1吸合，从而使J1的触头接通，压缩机通电，开始制冷。当软件命令将DO1管脚置于低电平时，晶体管T1截止，J1释放，压缩机断电。同样，另外两个开关量输出口DO2、DO3通过晶体管T2、T3可控制继电器J2、J3，使风机处于高速、低速或停止的状态。220V电源变压器上分出一路参考电压通过二极管D整流后送入另一个模拟量通道AI2，从而计算机可得到电网电压的信息，发现电压过高或过低时，可及时停止压缩机运行，进行保护。图1-1中单片机右侧有5个发光二极管分别与单片机DO4～DO8开关量输出管脚连接。软件可将这5个开关量输出口分别设为高电平或低电平，从而使这些发光二极管亮或灭，以表示计算机和空调系统所处的工作状态。图1-1中的DI1～DI4为单片机的开关量输入管脚。当按键K1～K4导通时，相应管脚的电平就会从低转为高，软件读出这些管脚的电平高低状态，就可知使用者按键状态。单片计算机是一台完整的计算机，它的内部有数据存储器（存放数据）、程序存储器（存放预先编制的软件（程序））及内部时钟（可提供准确的时间）。单片机还具有各种逻辑分析与数值计算功能，并能读出输入管脚上的模拟信号数值（电压高低）和开关量状态（高或低电平），按照要求向输出管脚上输出模拟信号（可连续变化的电压）或开关信号（高或低电平）。仔细地设计软件，可以使图1-1所示的空调器的控制器实现多种控制和管理功能，如：
--用户可通过K1～K4键输入要求的房间温度，单片计算机将此温度与AI1脚测出的温度比较，确定压缩机的启停；
--用户可通过K1～K4键输入希望的风机高/低速状态，单片计算机根据此命令对继电器J2、J3进行相应操作；
--用户可通过K1～K4键预置希望空调机启停的时间，使单片机按时启停压缩机和风机；
--单片机可将压缩机与风机工作状况，房间温度是否超出设定值，空调机是否处在停机状态等信息通过显示灯D1～D5显示：
--当电源电压过低或过高，停止压缩机以实现保护。同时通过显示灯显示报警。
1.3.1程序存储器
程序存储器存放将由控制机执行的全部程序。它所存储的内容唯一地决定了控制机的工作内容。程序存储器可储存的容量以字节为单位给出。1～3个字节构成一条指令，成百上千条指令构成程序。程序存储器容量一般用"kB"或"MB"给出，1kB为1024个字节，1MB为1024×1024个字节。简单的控制器如窗式或分体空调器的单片控制器，其程序存储器容量为2kB或4kB，复杂一些的用于冷冻站或组合式空调箱的控制机程序存储器容量可达几十或几百kB。程序存储器的读写形式分ROM，EPROM，E2PROM和RAM型。ROM（Read
Only
Memory）为只读存储器，它的内容在器件生产厂生产时就已经写好，不能改动。这种存储器成本很低，但必须在器件生产厂大批量写入（至少是几千台以上），因此只适用于大批量的功能完全相同的控制器中。在暖通空调领域，目前只能用于窗机、分体空调机这类批量大的产品的控制器中。在暖通空调领域，目前只能用于窗机、分体空调机这类批量大的产品的这也是这类产品的控制器价格很低的主要原因。EPROM(Erasable
Programmable Read-Only
Memory)为可擦写编程的只读存储器这种存储器带有一个透光窗口，通过专用的紫外线擦写器可将以前写入的内容清除，然后通过专门的程序写入器再写入新的程序。这是目前大多数控制机使用的程序存储器。采用这种存储器可以对每台控制器单独编程，满足各自的不同要求。此种编程的和写入工作一般都需由专门的技术人员完成，这不单因为擦写和写入需要专门设备，更重要的是因为程序改写工作的困难性。一台控制器的程序与控制器的硬件设计、对外通讯方式等许多因素有关。即使仅改动很少的测量或控制要求，也需要对整个控制器的编程规则有全面的了解，必须掌握足够的与此控制机有关的编程资料才能进行此项工作。E2PROM（Electrically-Erasable
Programmable Read-Only
Memory）为电可擦可编程只读存储器，它储存的内容可在线修
改，断电后仍能保存。通过适当的软件支持，使用这种程序存储器的控制机可以通过键盘或外接的现场编程器修改其中的内
容，还可以通过通讯网，直接在中央控制机处对与通讯网相边连的各台控制机进行测量与控制要求的设定，实现所谓"下装载"编程方式。RAM（Random
Access
Memory）为随机存储器，它的内容可随时通过程序来修改，但断电后即消失，有些控制机通过专门的备用电池保证RAM的经常供电，用RAM作为程序存储器，从而也可以实现现场由键盘或外接编程器编程和通过通讯网的下装载方式编程。程序存储器的容量和形式以及由此决定的编程方式是区别控制机性能的一项重要指标，是在系统选型时应主要考虑的因素之一。
1.3.2 数据存储器
与程序存储顺不同，数据存储器用来存储各种测量结果、计算分析中间结果及最终的计算分析及控制结果。它的内容必须能随时改写。大多数控制机用RAM方式的数据存储器，当没有备用电池时，断电后储存内容将消失。有些控制机为了保存一些重要数据如温湿度设定值、空调启停时间等，也采用一部分E2PROM或带有备用电源的RAM作为数据存储器。当只需要简单的测量与控制、只保持当前测量参数时，仅几百个字节的数据存储器即可满足要求。当需要进行复杂的测量、数据处理和控制所要求的计算机分析时，尤其是要记录以往的测量数据供使用者通过键盘或通讯网查询时，就需要较大容量的数据存储器，一般可达几十kB或几百kB。RAM分动态存储器与静态存储器两种，前者的成本远低于后者，但需要专门的刷新电路，电耗较大。当需要在断电后通过备用电源长期保存存储器内容时，应当用静态存储器。
1.3.3 输入接口
输入接口与传感器或变送器连接，将传感器、变送器发出的反映所测物理量的各种信号转换为CPU能够处理的数字信号，被CPU读取。传感器、变送器发出的信号可分为：通断状态量(on-off)、连续脉冲的频率信号、电流或电压的模拟量信号3类。
(1)通断定状态输入通道 又称DI（Digital
Input），用于测量输入电平的状态，主要与一些继电器辅助触头、开关按钮
等连接，以使计算机测出这些装置所连接的设备的工作状况。一些输出通断信号的传感器如风速开关、温度开关、压
差开关等到及一些输出脉冲形式物理量的传感器、变送器（如前一节所讲的占空比方式输出的温度变送器），都通过
DI通道接入。为防止干扰，保证CPU工作正常及为防止输入信号由于各种原因偶然接入高电压信号，毁坏整个计算机系
统，DI通道可采用光电隔离型。图1-12为些种DI通道的电原理图。图中用虚线勾出的为光电隔离器，它将一个发光二
级管与一个三极管封装在一起。当输入为高电平时，发光二极管侧有足够的电流通过，二极管发光导致三极管导通，
从而计算机输入口处成为高电平；输入侧为低电平时，二极管无电流而熄灭，三极管截止，从而计算机输入口成为低
电平。由于光电隔离，两侧只有光耦合而无任何电的连接，输入侧即使偶然接上上百V的高电压，也不会影响计算机工
作。因此可有效地防止外界各种电干扰和偶然的短路事故，是提高系统可靠性的一条重要措施。不采用光电隔离的
DI输入，就要将输入回路的地线直接与CPU的地线连接，否则外界电场、磁场变化很容易耦合到CPU中，造成干扰。选
择现场控制机时要看其DI是隔离型还是非隔离型，同时还要使其DI的通道数大于或等于所需要的测量路数。
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