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控制系統硬件
鎖定
控制系統硬件，即在控制系統中的硬件元件或設備，是和控制系統的軟件相對應的概念。
- 中文名
- 控制系統硬件
- 外文名
- Hardware in Control Systems
- 相關領域
- 自動化、控制系統、計算機硬件等
- 基本概念
- 控制系統中的硬件元件或設備
- 常見構成
- 檢測硬件、控制硬件、執行硬件
- 實際作用
- 搭載並實現控制系統
控制系統硬件基本概念
控制系統硬件控制系統
控制系統，是指在沒有人直接參與的情況下，使機器、設備或生產過程的某個工作狀態或參數按照預定規律運行的系統。控制系統是由軟件和硬件共同構成的
[1]
。
控制系統硬件控制系統硬件
控制系統硬件基本類別
控制系統硬件分類
按照使用場合，可以分為小型控制系統硬件，如在小型機器人、小型飛行器、小型智能設備中；以及中大型控制系統硬件，主要是在工業生產中使用。
按照硬件作用，可以分為檢測傳感器、控制器、執行器等。
控制系統硬件小型控制系統
小型控制系統中，硬件結構主要是“傳感器-控制器-執行器”，其中傳感器用來收集環境信息或自身工作狀態信息，將這些信息傳遞到控制器中，控制器根據事先編寫好的控制規律，對傳感器傳入的信息進行處理，生成控制量，控制量再傳遞給執行器，最終得以執行。
隨着傳感器種類和功能的豐富以及性能的提高，傳感器能夠給控制器反饋的信息越來越全面且精準，這也直接提高了整個控制系統的工作能力和效率；控制器主要是圍繞微型控制單元搭建的控制電路，比如單片機最小系統、FPGA數字電路等；執行器主要是各種聲光元件、電機舵機等。
控制系統硬件中大型控制系統
中大型控制系統主要指工業控制系統，在工業控制系統中，小型控制系統的硬件元件和設備難以滿足複雜的工業作業環境，因此在工業控制系統中，雖然控制系統的結構基本相同，但是硬件上會有相應的改變
[2]
，如圖1為基本過程控制系統結構示意圖。
圖1
不同於小型的傳感器，工業中用於收集信息的多是較大的檢測儀表，檢測儀表用於檢測生產過程中的種種物理量，如温度、壓力、流量、物位、成分等；控制儀表通常分為模擬和數字兩種，模擬控制儀表有如DDZ-Ⅱ和DDZ-Ⅲ型，數字控制儀表主要是數字PID控制器，此外還有一種常用的工業控制器——可編程邏輯控制器（PLC）；執行器主要是閥門和轉換器，傳統的閥門是氣動調節閥，新型閥門主要是電動調節閥和智能調節閥，其中轉換器用於將氣動信號和電信號進行轉換。
除了幾個基本部分，為了保證生產安全，工業控制系統中還會引入安全柵等安全設備。
控制系統硬件計算機控制系統
隨着計算機技術的發展和數字元器件的豐富，在很多場合，不僅是一些工業領域，在各個領域如樓宇自動化、智能家居、智能城市、航空航天等，計算機控制系統佔有越來越大的比重。在計算機控制系統中，計算機是整個系統硬件上的核心控制部分。
控制系統硬件常見控制系統硬件
控制系統的核心硬件是主控板或控制器，用以收集信息的硬件是傳感器或檢測儀表，以來實現控制結果的是執行器。
控制系統硬件主控板
主控板是指在一個嵌入式設備中，用來處理信息和數據並控制系統運作的核心板件。主控板一般由處理芯片和外設構成，處理芯片有微型處理器MPU、微型控制器MCU（單片機）、數字信號處理器DSP等，負責處理信息和數據；外設有存儲單元、外部接口、外部晶振、開關元件、電阻電容、數模/模數轉換器等，用來將處理結果和外部設備相交換。
除了傳統的主控板結構，有很多系統級處理器設計或先進智能處理器技術等，如片上系統SoC、片上多核處理器CMP、流處理器SP等。
以主控板為核心控制硬件的場合多是在嵌入式設備中，最主要的幾種嵌入式處理器為：
- ARM處理器
- MIPS處理器MIPS處理器由設計和製造高性能、高檔32/64位處理器的MIPS技術公司研發，其主要研發重心在嵌入式系統上。其主要特點是高性能、定位廣、64位指令集。
- PowerPC處理器PowerPC是摩托羅拉公司和IBM公司聯合為蘋果公司開發的處理器芯片，其特點是可伸縮性好、靈活度高、應用廣泛。
- Intel Atom處理器由英特爾公司研發，特點是低功耗、體積小、處理能力強，詳見（Atom處理器） [3] 。
控制系統硬件工業控制器
- DDZ-Ⅲ型模擬式控制器是一種主流的模擬式控制器，採用了集成電路和安全火花型防爆結構，和前兩代（基於電子管和晶體管）相比，精度、可靠性和安全性都更高。該儀表的規格為：現場傳輸信號DC4~20mA，控制室聯絡信號DC1~5V，信號電流與電壓的轉換電阻為250Ω。整個控制器主要由以下及部分構成：輸入電路、PID運算電路、輸出電路、內給定電路、指示電路、軟/硬手操電路等。
- 數字式控制器有幾種常用品種，以單迴路可編程調節器SLPC為例。該機型是YS-80系列代表機型，由CPU、ROM、RAM、D/A轉換器以及輸入輸出接口、通信接口、人機接口等幾部分組成。
控制系統硬件傳感器和檢測儀表
同功能的小型傳感器和工業檢測儀表的原理基本相同，都是基於物理規律或化學反應的。無論是小型嵌入式控制系統還是中大型工業控制系統，主要的檢測內容都是温度、壓力、流量、物位、成分等環境或系統狀態信息。以下將對幾種常用的檢測硬件進行羅列。
- 温度檢測：熱電偶、熱電阻、集成傳感器等；
- 壓力檢測：彈性壓力計、電氣壓力計等；
- 流量檢測：差壓式、轉子式、靶式、橢圓齒輪式（精度在幾種中是最高的）、渦流式等；
- 物位檢測：差壓式、電容式、超聲波式等；
- 成分檢測：可燃氣體傳感器、氧化鋯氧量計、氣相色譜分析儀、紅外氣體分析儀、工業酸度計等；
- 其他檢測：光敏電阻（光強檢測）、各種攝像頭（圖像檢測）、聲敏元件（聲音檢測）。
控制系統硬件執行器
在嵌入式控制系統中，充當執行環節的硬件主要是聲光裝置（如LED燈、揚聲器、顯示屏燈）、各種小型電機和舵機等；而在工業控制系統中，充當執行環節的硬件主要是控制閥、大型電機等。
