任何一台可用的计算机都是由硬件和软件构成的,这是所有计算机的共性。控制用计算机有如下特点。
对于生产过程来说,由于生产的连续性,计算机发生任何故障都将对生产过程发生严重的影响。由于微处理器和微型计算机的可靠性比较高,而且价格较低,可以在关键部位采用冗余措施提高可靠性。例如采用双机备用,或用多个CPU,各CPU互为备用等冗余措施。采用分布式结构也是提高可靠性的措施之一,因为在分散控制系统中,每个功能单元只负责一个局部工作,缩小了故障所产生的影响范围。如果在正常工作的功能单元发生故障时,系统能自动将备用的功能单元投入运行,并将失效的功能单元切除,则全系统的工作可靠性将会更高。
实时的意思就是"及时",是计算机术语。实时控制要求在一定的时问内,对被控对象及时进行控制。超过一定的时间就失去了控制的时机,被控对象就会脱离计算机的控制而造成不可预期的后果。这里的"一定时间"将与被控对象的具体特性有关。例如对加热炉的炉温控制,如果延时一秒到数秒,仍可以认为是实时的;而一个飞行器控制系统,若延时超过几十毫秒,就可能失去对飞行器的控制时机,从而丧失对飞行器的控制能力,这是因为不同的控制对象的运行规律各不相同。炉温的变化过程很慢,而飞行器的变化过程很快。对这两种过程的计算机控制都要求"及时",但允许的延时是不同的。
为了实现实时控制,要求计算机除了配备优先级中断处理电路和相应的中断处理程序外,还应有完善的时钟管理程序和实时操作系统,实现对各种"任务"按优先级进行调度,使计算机能按照所发生事件的轻重缓急,占用CPU的处理时间。
控制用计算机首先必须对生产过程进行数据采集,各种信号的形态各不相同,有电流信号、电压信号、脉冲信号、数字信号。电压信号有毫伏信号,也有0~5 V直流电压等,所以许多控制用计算机配备各种接口模板和信号调理模板。此外,还有模-数和数-模转换接口板等。其次,工业控制计算机往往配有通信模板,使各台工业控制机能在监控计算机的统一指挥下,协调工作。
控制用计算机往往安装在离生产现场不远的地方,工作环境恶劣,温度和湿度可能很高,还可能有粉尘、腐蚀性气体、外界震动等不利因素。生产现场还可能有高电压、大电流电气设备的电磁干扰,高频电器干扰和由于接地电位不相等而形成的共模干扰等。有的控制用微型机甚至被装在插入式线路板上,直接装在被控制的装置或机器设备上,在这些恶劣条件下,要求计算机仍能正常工作。
控制用计算机,尤其是直接数字控制机,往往配置对被控的生产过程进行控制的专用性很强的控制算法和控制策略,这些程序大部分写入EPROM中,并周而复始地循环工作。
计算机分级控制系统中的企业管理级、工厂管理级和车间管理级计算机,就比较接近于办公室自动化所用的计算机。所配置的软件分为系统软件和应用软件两种类型。系统软件是为专门的计算机系统或一个计算机系统系列所设计的软件,例如操作系统、编译程序、各种外部设备(如显示器、磁盘、打印机、光盘等)的驱动程序。应用软件是完成某种特定功能而专门研制的软件,例如生产过程监控、生产计划编制和调度、管理等软件。