652 工业控制计算机

走信息路读北邮书本书的封面第1章计算机控制系统概述第2章工业控制计算机第3章I/O接口与过程通道第4章顺序控制与数字控制技术第5章数字控制器设计第6章控制系统的数据处理技术《计算机控制技术》课件走信息路读北邮书本书的封面第7章复杂控制技术第8章计算机控制系统设计与实现第9章智能控制技术基础第10章控制网络技术走信息路读北邮书本书的封面《课程名称》课件第1章计算机控制系统概述第2章工业控制计算机《课程名称》课件走信息路读北邮书2.1工控机2.2可编程控制器2.3单片微型计算机第3章I/O接口与过程通道第4章顺序控制与数字控制技术第5章数字控制器设计第6章控制系统的数据处理技术第7章复杂控制技术第8章计算机控制系统设计与实现第9章智能控制技术基础第10章控制网络技术走信息路读北邮书本书的封面工控机2.12.1.2工控机的总线结构2.1.1工控机的组成与特点2.1.3工控机I/O模块2.1.4工控机的主要类型及其选型走信息路读北邮书本书的封面可编程控制器2.22.2.2可编程控制器的基本结构2.2.1可编程控制器的特点与分类2.2.3可编程控制器产品走信息路读北邮书本书的封面单片微型计算机2.32.3.2单片机特性及应用系统2.3.1单片机的特点与发展趋势2.3.3单片机产品与选择走信息路读北邮书本书的封面工控机的组成与特点2.1.1工业控制计算机,简称工控机,也称为工业计算机IPC。（IndustrialPersonalComputer）它主要用于工业过程测量、控制、数据采集等工作。以工控机为核心的测量和控制系统，处理来自工业系统的输入信号，再根据控制要求将处理结果输出到执行机构，去控制生产过程，同时对生产进行监督和管理。典型的工控机由加固型工业机箱、工业电源、主机板、显示板、硬盘驱动器、光盘驱动器、各类输入/输出接口模块、显示器、键盘、鼠标、打印机等组成。工控机硬件组成1走信息路读北邮书本书的封面图2.1计算机控制系统基本框图走信息路读北邮书本书的封面无源底板主机板走信息路读北邮书本书的封面人-机接口主机板系统支持磁盘系统通信接口模拟量输入通道AI模拟量输出通道AO数字量输入通道DI数字量输出通道DO内部总线外部总线走信息路读北邮书本书的封面⑵系统总线系统总线可分为内部总线和外部总线。内部总线是工控机内部各组成部分之间进行信息传送的公共通道，是一组信号线的集合。常用的内部总线有IBMPC总线和STD总线。外部总线是工控机与其它计算机和智能设备进行信息传送的公共通道，常用外部总线有RS-232C、RS485和IEEE-488通信总线。⑴主机板是工业控制机的核心，由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）和I/O接口等部件组成。主机板的作用是将采集到的实时信息按照预定程序进行必要的数值计算、逻辑判断、数据处理，及时选择控制策略并将结果输出到工业过程。走信息路读北邮书本书的封面⑶人-机接口人-机接口包括显示器、键盘、打印机以及专用操作显示台等。通过人-机接口设备，操作员与计算机之间可以进行信息交换。⑷通信接口通信接口是工业控制机与其它计算机和智能设备进行信息传送的通道。常用IEEE-488、RS-232C和RS485接口。为方便主机系统集成，USB总线接口技术正日益受到重视。走信息路读北邮书本书的封面⑸输入/输出模板是工控机和生产过程之间进行信号传递和变换的连接通道。包括模拟量输入通道（AI）、模拟量输出通道（AO）、数字量（开关量）输入通道（DI）、数字量（开关量）输出通道（DO）。⑹系统支持系统支持功能主要包括：①监控定时器：俗称“看门狗”（Watchdog）。②电源掉电监测：③后备存储器：④实时日历时钟⑺磁盘系统:半导体虚拟磁盘，软盘,硬盘或USB磁盘走信息路读北邮书本书的封面工控机的软件组成2⑴系统软件系统软件用来管理IPC的资源，并以简便的形式向用户提供服务。包括实时多任务操作系统、引导程序、调度执行程序，如美国Intel公司的iRMX86实时多任务操作系统。除了实时多任务操作系统以外，也常使用MS-DOS，特别是Windows软件。⑵工具软件工具软件是技术人员从事软件开发工作的辅助软件，包括汇编语言、高级语言、编译程序、编辑程序、调试程序、诊断程序等。⑶应用软件是系统设计人员针对某个生产过程而编制的控制和管理程序。通常包括过程输入输出程序、过程控制程序、人-机接口程序、打印显示程序和公共子程序等。走信息路读北邮书本书的封面工控机的特点3⑴可靠性高；⑵实时性好；⑶环境适应性强；⑷丰富的输入输出模板；⑸系统扩充性和开放性好；⑹控制软件包功能强；⑺系统通信功能强；⑻冗余性。走信息路读北邮书本书的封面IPC工控机的总线结构2.1.2微机系统采用由大规模集成电路LSI芯片为核心构成的插件板，多个不同功能的插件板与主机板共同构成微机系统。构成系统的各类插件板之间的互联和通信通过系统总线来完成。这里的系统总线不是指中央处理器内部的三类总线，而是指系统插件板交换信息的板级总线。这种系统总线就是一种标准化的总线电路，它提供通用的电平信号来实现各种电路信号的传递。同时，总线标准实际上是一种接口信号的标准和协议。走信息路读北邮书本书的封面内部总线是指微机内部各功能模块间进行通信的总线，也称为系统总线。它是构成完整微机系统的内部信息枢纽。工业控制计算机采用内部总线母板结构，母板上各插槽的引脚都连接在一起，组成系统的多功能模板插入接口插槽，由内部总线完成系统内各模板之间的信息传送，从而构成完整的计算机系统。各种型号的计算机都有自身的内部总线。目前工控领域应用较多的内部总线有STD总线、ISA总线和PCI总线。内部总线1走信息路读北邮书本书的封面⑴ISA总线IBMPC总线是针对Intel8088微处理器而设计的，其第一个标准是PC/XT总线，它定义了8位数据线和20位地址和若干条控制线，共62引脚。为了和Intel8028616位机兼容，对XT总线在电气和机械特性上作了较大的扩充，在原来62引脚的基础上又增加了一个36引脚插座而形成AT总线。AT总线将数据总线扩展为16位，地址总线扩展到24位，将中断扩充到15个并提供了中断共享功能，而DMA通道也扩充到8个。AT总线也称ISA（IndustryStandardArchitecture）总线标准。1989年，COMPAQ公司联合HP.AST等9家计算机公司，在ISA总线基础上，推出了适应32位微处理器的系统总线标准EISA（ExtendedIndustrialStandardArchitecture）。走信息路读北邮书本书的封面ISA总线插槽有一长一短两个插口，长插口有62个引脚，以A31～A1和B31～B1表示，分别列于插槽的两面；短插口有36个引脚，以C18～C1和D18～D1表示，也分别列于插槽的两面。ISA总线插槽如图所示。D18D1C18C1B31B1A31A1ISA总线插槽走信息路读北邮书本书的封面⑵PCI总线PCI总线（PeripheralComponentInterconnect，外围部件互连总线）是介于CPU芯片级总线与系统总线之间的一级总线。外设通过局部总线与CPU的数据传输率得以大大提高。PCI总线支持64位数据传送、多总线主控模块和线性猝发读写和并发工作方式。PCI引脚信号如表2.2所示。其主要特点如下：①PCI总线时钟为33MHz，与CPU时钟无关，总线带宽为32位，可扩充到64位。②PCI传输率高：最大传输率为133MB/s（266MB/s），能提高硬盘、网络界面卡的性能；充分发挥影像、图形及各种高速外围设备的性能。③PCI采用数据线和地址线复用结构，减少了总线引脚数，从而节省线路空间，降低设计成本。走信息路读北邮书本书的封面03C/BE~C/BEFRAMETRDYIRDYSTOPDEVSELIDSELPARPERRSERRREQGNTCLKRST3263AD~AD47C/BE~C/BEPAR64REQ64ACK64LOCKINTAINTBINTCINTDSBOSDONETDITDOTCKTMSTRSTPC总线031AD~AD地址和数据线接口控制信号中断信号64位总线扩展信号接口控制支持高速缓存信号边界扫描信号系统仲裁出错报告必需的可选的图2.2PCI总线引脚走信息路读北邮书本书的封面外部总线是指用于计算机与计算机之间或计算机与其它智能外设之间的通信线路。常用的外部总线有IEEE-488并行总线、RS-232C串行总线和RS485通信总线。外部总线2走信息路读北邮书本书的封面工控机I/O模块采用工控机对生产现场的设备进行控制，首先要将各种测量的参数读入计算机，计算机要将处理后的结果进行输出，经过转换后以控制生产过程。对于一个工业控制系统，除了IPC主机外，还应配备各种用途的输入输出（I/O）接口部件。I/O接口的基本功能是连接计算机与工业生产控制对象，进行必要的信息传递和变换。工业控制需要处理和控制的信号主要有模拟量信号和数字量信号（开关量信号）两类。2.1.3走信息路读北邮书本书的封面输入/输出信息来源及用途信息种类相应的接口模板产品来自现场设备运行状态的模拟电信号温度、压力、位移、速度、流量等模拟量输入信息模拟量输入模板执行机构的控制执行、记录等（模拟电流/电压）模拟量输出信息模拟量输出模板限位开关状态、数字装置的输出数码、接点断通状态、‘0’‘1’电平变化数字量输入信息数字量输入模板执行机构的驱动执行、报警显示蜂鸣器、其他（数字量）数字量输出信息数字量输出模板流量计算、电功率计算、速度、长度测量等脉冲形式输入信号脉冲量输入信号脉冲计数/处理模板操作中断、事故中断、报警中断及其它需要中断的输入信号中断输入信号多通道中断控制模板前进驱动机构的驱动控制信号输出间断信号输出步进马达控制模板串行/并行通信信号通信收发信号RS232/RS422通信模板远距离输入/输出模拟（数字）信号模/数远端信息远程（REMOTEI/O）模块部分I／O模板的用途对照表走信息路读北邮书本书的封面⑴模拟量输入模板主要指标①输入信号量程：即所能转换的电压（电流）范围。有0~200mV，0~5V，0~10V，±2.5V，±5V，110V，0~10mA，4~20mA等多种范围。②分辨率：定义为基准电压与2n-1的比值，其中n为D/A转换的位数。有8位、10位、12位、16位之分。分辨率越高，转换时对输入模拟信号变化的反映就越灵敏，③精度：指A/D转换器实际输出电压与理论值之间的误差。有绝对精度和相对精度两种表示法。通常采用数字量的最低有效位作为度量精度的单位，如±1/2LSB。模拟量输入/输出模块1走信息路读北邮书本书的封面④输入信号类型：电压或电流型；单端输入或差分输入。⑤输入通道数：单端/差分通道数，与扩充板连接后可扩充通道数。⑥转换速率：30000采样点/s，50000采样点/s，或更高。⑦可编程增益：1~1000增益系数编程选择。⑧支持软件：性能良好的模板可支持多种应用软件并带有多种语言的接口及驱动程序。走信息路读北邮书本书的封面⑵模拟量输出模板主要技术指标①分辨率：与A/D转换器定义相同。②稳定时间：又称转换速率，是指D/A转换器中代码有满度值的变化时，输出达到稳定（一般稳定到与±1/2最低位值相当的模拟量范围内）所需的时间，一般为几十个毫微秒到几个毫微秒。③输出电平：不同型号的D/A转换器件的输出电平相差较大，一般为5~10V，也有一些高压输出型为24~30V。电流输出型为4~20mA，有的高达3A级。④输入编码：如二进制BCD码、双极性时的符号数值码、补码、偏移二进制码等。⑤编程接口和支持软件：与A/D转换器相同。走信息路读北邮书本书的封面图2.3多功能I/O模板走信息路读北邮书本书的封面在工业控制现场，除随时间而连续变化的模拟量外，还有各种两态开关信号可视为数字量（开关量）信号。数字量模板实现工业现场的各类开关信号的输入输出控制。数字量输入、输出板分为非隔离型和隔离型两种，隔离型一般采用光电隔离，少数采用磁电隔离方法。数字量输入模板（DI）将被控对象的数字信号或开关