工業(yè)控制計算機與其接口

1、工業(yè)控制計算機與其接口1第5章 工業(yè)控制計算機及其接口 5.1 工業(yè)控制計算機工業(yè)控制計算機5.2 計算機控制接口技術(shù)計算機控制接口技術(shù) 5.3 可編程控制器可編程控制器工業(yè)控制計算機與其接口25.1 工業(yè)控制計算機 一一 工業(yè)控制計算機系統(tǒng)的組成工業(yè)控制計算機系統(tǒng)的組成 它由計算機基本系統(tǒng)、人它由計算機基本系統(tǒng)、人-機對話系機對話系統(tǒng)、系統(tǒng)支持模塊、過程輸入輸出子系統(tǒng)組成。統(tǒng)、系統(tǒng)支持模塊、過程輸入輸出子系統(tǒng)組成。 工業(yè)控制計算機系統(tǒng)的軟件包括適工業(yè)控制計算機系統(tǒng)的軟件包括適應(yīng)工業(yè)控制的實時系統(tǒng)軟件、通用軟件和工業(yè)應(yīng)工業(yè)控制的實時系統(tǒng)軟件、通用軟件和工業(yè)控制軟件等?？刂栖浖取９I(yè)控制計算機

2、與其接口3工業(yè)控制計算機與其接口45.1 工業(yè)控制計算機 二二. 工業(yè)控制計算機系統(tǒng)的基本要求工業(yè)控制計算機系統(tǒng)的基本要求1.具有完善的過程輸入輸出功能具有完善的過程輸入輸出功能2.具有實時控制功能具有實時控制功能 3.具有可靠性具有可靠性 4.具有較強的環(huán)境適應(yīng)性和抗干擾能具有較強的環(huán)境適應(yīng)性和抗干擾能力力 5.具有豐富的軟件具有豐富的軟件工業(yè)控制計算機與其接口5三三. 工業(yè)控制計算機的分類及其應(yīng)用特點工業(yè)控制計算機的分類及其應(yīng)用特點1. 可編程序控制器可編程序控制器 可編程控制器可編程控制器(PC，Programmable Controller)是一種以微處理器為基礎(chǔ)的通用型是一種以微處理

3、器為基礎(chǔ)的通用型自動控制裝置，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。自動控制裝置，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。由于最初研制這種裝置的目的，是為了解決生由于最初研制這種裝置的目的，是為了解決生產(chǎn)設(shè)備的邏輯及開關(guān)量控制，故也把它稱為可產(chǎn)設(shè)備的邏輯及開關(guān)量控制，故也把它稱為可編程邏輯控制器（編程邏輯控制器（PLC，Programmable Logic Controller）。）。PLC采用可編程序的存儲器，采用可編程序的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、計數(shù)在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字式、模擬和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種

4、類型的機械或生產(chǎn)式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。過程。工業(yè)控制計算機與其接口6三三. 工業(yè)控制計算機的分類及其應(yīng)用特點工業(yè)控制計算機的分類及其應(yīng)用特點1. 可編程序控制器可編程序控制器 圖圖5-11是是PLC應(yīng)用于邏輯控制的簡單事應(yīng)用于邏輯控制的簡單事例。輸入信號是由按鈕開關(guān)、限位開關(guān)、繼電例。輸入信號是由按鈕開關(guān)、限位開關(guān)、繼電器觸點等提供的各種開關(guān)信號，通過接口進(jìn)入器觸點等提供的各種開關(guān)信號，通過接口進(jìn)入PLC，經(jīng)，經(jīng)PLC處理后產(chǎn)生控制信號，通過輸出處理后產(chǎn)生控制信號，通過輸出接口送給線圈、繼電器、指示燈、電動機等輸接口送給線圈、繼電器、指示燈、電動機等輸出裝置。出裝置。工

5、業(yè)控制計算機與其接口7圖5-11 PLC的邏輯控制電路控制單元可編程控制器按鈕開關(guān)限位開關(guān)繼電器觸點燈泡電磁線圈繼電器線圈控制電路電壓工業(yè)控制計算機與其接口8主要特點：主要特點：1. 程序可變，柔性好。程序可變，柔性好。2. 可靠性強，適于工業(yè)環(huán)境。可靠性強，適于工業(yè)環(huán)境。3. 編程簡單，使用方便。編程簡單，使用方便。4. 功能完善。功能完善。5. 體積小，重量輕，易于裝入機器內(nèi)部。體積小，重量輕，易于裝入機器內(nèi)部。工業(yè)控制計算機與其接口9 2. 總線型工業(yè)控制計算機總線型工業(yè)控制計算機 主要特點：主要特點： 1）提高設(shè)計效率，縮短設(shè)計和制造）提高設(shè)計效率，縮短設(shè)計和制造周期。周期。 2）提高

6、系統(tǒng)可靠性。）提高系統(tǒng)可靠性。 3）便于調(diào)試和維修）便于調(diào)試和維修 。 4）能適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的需要。）能適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的需要。 工業(yè)控制計算機與其接口10 2. 總線型工業(yè)控制計算機總線型工業(yè)控制計算機1）STD總線工業(yè)控制機總線工業(yè)控制機典型的典型的STD總線工控機系統(tǒng)的構(gòu)成如圖總線工控機系統(tǒng)的構(gòu)成如圖5-13所示，其突出特點是：模塊化設(shè)計，系統(tǒng)組成、所示，其突出特點是：模塊化設(shè)計，系統(tǒng)組成、修改和擴展方便；各模塊間相對獨立，使檢測、調(diào)修改和擴展方便；各模塊間相對獨立，使檢測、調(diào)試、故障查找簡便迅速；有多種功能模板可供選用，試、故障查找簡便迅速；有多種功能模板可供選用，大大減少了硬件設(shè)計工作量；

7、系統(tǒng)中可運行多種操大大減少了硬件設(shè)計工作量；系統(tǒng)中可運行多種操作系統(tǒng)及系統(tǒng)開發(fā)的支持軟件，使控制軟件開發(fā)的作系統(tǒng)及系統(tǒng)開發(fā)的支持軟件，使控制軟件開發(fā)的難度大幅降低。難度大幅降低。 工業(yè)控制計算機與其接口11圖圖5-13 用用STD總線工業(yè)控制機組成的計算機控制系統(tǒng)總線工業(yè)控制機組成的計算機控制系統(tǒng)工業(yè)控制計算機與其接口122） PC總線工業(yè)控制機IBM公司的PC總線微機最初是為個人或辦公室使用而設(shè)計的，早期主要用于文字處理或一些簡單的辦公室事務(wù)處理。早期產(chǎn)品是基于一塊大底板結(jié)構(gòu)，加上幾個I/O擴充槽。 PC/AT總線的IBM兼容計算機由于價格低廉、使用靈活、軟件資源非常豐富，因而用戶眾多，在國

8、內(nèi)更是主要流行機種之一。 工業(yè)控制計算機與其接口13近幾年來許多公司推出了PC/AT總線工業(yè)控制機，一般對原有微機作了以下幾方面的改進(jìn)（1）機械結(jié)構(gòu)加固，使微機的抗震性好。（2）采用標(biāo)準(zhǔn)模板結(jié)構(gòu)。（3）加上帶過濾器的強力通風(fēng)系統(tǒng)，加強散熱，增加系統(tǒng)抵抗粉塵的能力。（4）采用電子軟盤取代普通的軟磁盤，使之能適于在惡劣的工業(yè)環(huán)境下工作。（5）根據(jù)工業(yè)控制的特點，常采用實時多任務(wù)操作系統(tǒng)。工業(yè)控制計算機與其接口143. 單片機 下面以MCS系列單片機為例，來介紹單片機的結(jié)構(gòu)、性能及使用上的特點。 1）受集成度的限制，片內(nèi)存儲器容量較小。 2）可靠性高。 3）易擴展。 4）控制功能強。5）一般單片機內(nèi)

9、無監(jiān)控程序或系統(tǒng)通用管理程序。工業(yè)控制計算機與其接口15MCS-51單片機系列該系列包括有8031、8051、8751、2051、89C51等多種機型。其主要特點是：工業(yè)控制計算機與其接口16 （1）8位CPU，工作頻率為112MHz。（2）128BRAM數(shù)據(jù)存儲器，4KBROM程序存儲器。 （3）5V電源，40引腳雙列直插式封裝。（4）12MHz工作頻率時機器周期為1s，所有指令的執(zhí)行為14個機器周期。 （5）外部可分別擴展64KB數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器。（6）2級中斷，5個中斷源。（7）21個專用寄存器，有位尋址功能。（8）兩個16位定時/計數(shù)器，1個全雙工串行通信口。（9）4組8位I/O

10、口。工業(yè)控制計算機與其接口17表5-1 三種常用工業(yè)控制計算機的性能比較 工業(yè)控制計算機與其接口185.2 計算機控制接口技術(shù) I/O接口電路簡稱接口電路，它是主機和外圍設(shè)備之間交換信息的連接部件（電路）。它在主機和外圍設(shè)備之間的信息交換中起著橋梁和紐帶作用。接口電路的主要作用如下：工業(yè)控制計算機與其接口19（1）解決主機CPU和外圍設(shè)備之間的時序配合和通信聯(lián)絡(luò)問題。 （2）解決CPU和外圍設(shè)備之間的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和匹配問題。（3）解決CPU的負(fù)載能力和外圍設(shè)備端口的選擇問題。工業(yè)控制計算機與其接口20一. 信息采集接口模擬量輸入通道可完成模擬量的采集并將它轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入計算機的任務(wù)。依據(jù)被控

11、參量和控制要求的不同，模擬量輸入通道的結(jié)構(gòu)形式不完全相同。目前普遍采用的是共用運算放大器和A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)形式，其組成方框圖如圖5-32所示。 工業(yè)控制計算機與其接口21圖5-32 模擬量輸入通道的組成方框圖信 號 處 理 裝 置 1信 號 處 理 裝 置 2信 號 處 理 裝 置n工業(yè)裝置采樣單元采 樣 保 持和 放 大 器控 制 電 路A/DI/O接口電路CPU工業(yè)控制計算機與其接口221.輸入/輸出通道 在微機控制系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制，要將對象的各種測量參數(shù)，按要求的方式送入微機。微機經(jīng)過運算、處理后，將結(jié)果以數(shù)字量的形式輸出，此時也要把該輸出變換為適合于對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制

12、的量。所以在微機和生產(chǎn)過程之間，必須設(shè)置信息的傳遞和變換的連接通道。該連接通道被稱為輸入與輸出通道，它包括模擬量輸入通道、模擬量輸出通道、數(shù)字量輸入通道和數(shù)字量輸出通道，其組成如圖5-35所示。 工業(yè)控制計算機與其接口23圖5-35 輸入與輸出通道的組成工業(yè)對象執(zhí)行機構(gòu)保持器掃描裝置檢測元件采樣器D/A轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字量輸出數(shù)字量輸入I/O接口電路現(xiàn)場運行操作臺中央處理器CPU工業(yè)控制計算機與其接口242.模擬量輸入通道模擬量輸入通道一般由信號處理裝置、多路轉(zhuǎn)換器、采樣保持和A/D轉(zhuǎn)換器等組成。 模擬量輸入通道有以下兩種基本結(jié)構(gòu)形式。（1）一個通道設(shè)置一個A/D轉(zhuǎn)換器的形式。 (2）多個

13、通道共用一個A/D轉(zhuǎn)換器的形式。 工業(yè)控制計算機與其接口253. A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，按轉(zhuǎn)換二進(jìn)制的位數(shù)來分類，包括：8位的ADC0801、0804、0808、0809；10位的AD7570、AD573、AD575、AD579；12位的AD574、AD578、AD7582；16位的AD7701、AD7705等。A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)如下：1）.分辨率分辨率通常用轉(zhuǎn)換后數(shù)字量的位數(shù)表示,如8位、10位、12位、16位等。分辨率為8位表示它可以對滿量程的1/281/256的增量作出反應(yīng)。分辨率是指能使轉(zhuǎn)換后數(shù)字量變化為1的最小模擬輸入量。 工業(yè)控制計算機與其接口2

14、62）.量程量程是指所能轉(zhuǎn)換的電壓范圍,如5V、10V等。3）.轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度是指轉(zhuǎn)換后所得結(jié)果相對于實際值的準(zhǔn)確度，有絕對精度和相對精度兩種表示法。4）.轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換時間是指從啟動A/D到轉(zhuǎn)換結(jié)束所需的時間。5）.工作溫度范圍較好的A/D轉(zhuǎn)換器的工作溫度為-4085，較差的為070。 工業(yè)控制計算機與其接口274. 8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC08091）.電路組成及轉(zhuǎn)換原理ADC0809是一種帶有8位轉(zhuǎn)換器、8位多路轉(zhuǎn)換開關(guān)以及與微處理機兼容的控制邏輯的CMOS組件。 ADC0809無需調(diào)零和進(jìn)行滿量程調(diào)整，又由于多路開關(guān)的地址輸入能夠進(jìn)行鎖存和譯碼，而且它的三態(tài)TTL輸出也可以鎖存，因此易于

15、與微處理機進(jìn)行接口。工業(yè)控制計算機與其接口28圖5-50 ADC0808/0809的原理框圖比較器控制邏輯逐次逼近寄存器SAR輸出緩沖鎖存器(三態(tài))開關(guān)組合256 R電阻分壓器八位輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束(中斷)EOCSTART CLOCKUREF()UoUREF()GNDUCC八通道多路模擬開關(guān)地址鎖存和譯碼器UiABCALE模擬量輸入三八地址線地址鎖存允許工業(yè)控制計算機與其接口292）. ADC0808/0809的外引腳功能ADC0808/0809的管腳排列如圖5-51所示，其主要管腳的功能如下：IN0IN78個模擬量輸入端。START啟動A/D轉(zhuǎn)換器，當(dāng)START為高電平時，開始A/D轉(zhuǎn)換。EOC轉(zhuǎn)

16、換結(jié)束信號。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完畢之后，發(fā)出一個正脈沖，表示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束。此信號可作為A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束的檢測信號或中斷申請信號。 工業(yè)控制計算機與其接口30OE輸出允許信號。如果此信號被選中，則允許從A/D轉(zhuǎn)換器的鎖存器中讀取數(shù)字量。CLOCK時鐘信號。ALE地址鎖存允許，高電平有效。當(dāng)ALE為高電平時，允許C、B、A所示的通道被選中，并將該通道的模擬量接入A/D轉(zhuǎn)換器。 ADDA、ADDB、ADDC通道號地址選擇端，C為最高位，A為最低位。當(dāng)C、B、A為全零（000）時，選中IN0通道接入；為001時，選中IN1通道接入；為111時，選中IN7通道接入。工業(yè)控制計算機與其接口31D7D0數(shù)字量

17、輸出端。UREF（+）、REF（-）參考電壓輸入端，分別接+、-極性的參考電壓，用來提供D/A轉(zhuǎn)換器權(quán)電阻的標(biāo)準(zhǔn)電平。在模擬量為單極性輸入時, UREF（+）5V，REF（-）0V;當(dāng)模擬量為雙極性輸入時，UREF（+） =+5V，REF（-） =-5V。 工業(yè)控制計算機與其接口32圖5-51 ADC0808/0809管腳排列圖UREF()IN31IN42IN53IN64IN75START6EOC7D38OE9CLOCK10UCC1112GND13D114IN228IN127IN026ADDA25ADDB24ADDC23ALE22D7(MSB)21D620D519D4181716D215URE

18、F()D0(LSB)ADC0808ADC0809工業(yè)控制計算機與其接口335. 12位A/D轉(zhuǎn)換器AD574AD574是一個完整的12位逐次逼近式帶三態(tài)緩沖器的A/D轉(zhuǎn)換器，它可以直接與8位或16位微型機總線進(jìn)行接口。AD574的分辨率為12位，轉(zhuǎn)換時間為1535s。工業(yè)控制計算機與其接口341).AD574的電路組成AD574的原理框圖如圖5-52所示。AD574由模擬芯片和數(shù)字芯片兩部分組成。 工業(yè)控制計算機與其接口35圖5-52 AD574原理框圖NIB27 26 2524 23 22 21 2019 18 17 16A NIB B NIBC12位三態(tài)輸出緩沖器逐次逼近寄存器(SAR)1

19、2位輸出控制邏輯控制轉(zhuǎn)換結(jié)束復(fù)位時鐘時鐘啟動/停止數(shù)字芯片比較器AD565AD571REF IN10 UREF12位23156812/ CSA0CR/CEMSBLSB數(shù)字量輸出28標(biāo)志狀態(tài)STSEOC BUSYAGNDDACOUT模擬芯片3 k5 k5 V5 VDGND15 V20VIN10VINAGNDBIP OFFREF INREF OUT(10 V)91210810 k工業(yè)控制計算機與其接口362)AD574的引腳功能說明AD574各個型號都采用28引腳雙列直插式封裝，引腳圖如圖5-53所示。工業(yè)控制計算機與其接口37圖5-53 AD574引腳圖BIP OFF5

20、 V ULOGIC123A045CE67REF OUT8AGND9REFIN10111210 V IN1314STS28272625242322212019181716DGND15DB0AD574A812/CSCR/15 V UCC15 V UEE20 V INDB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7DB8DB9DB10DB11高位中位低位數(shù)字輸出工業(yè)控制計算機與其接口38AD574各主要管腳的功能如下： DB0DB1112位數(shù)據(jù)輸出，分三組，均帶三態(tài)輸出緩沖器。UL O G I C 邏 輯 電 源 + 5 V（+4.5+5.5V）。UCC正電源+15V（+13.5+16.5V）。 UEE負(fù)

21、電源-15V（-13.5-16.5V）。AGND、DGND模擬和數(shù)字地。工業(yè)控制計算機與其接口39CE片允許信號，高電平有效。在簡單應(yīng)用中固定接高電平。CS片選擇信號，低電平有效。R/C讀/轉(zhuǎn)換信號。CE1，CS0，R/C0時，轉(zhuǎn)換開始，啟動負(fù)脈沖為400ns。 CE1，CS0，R/C1時，允許讀數(shù)據(jù)。 工業(yè)控制計算機與其接口40CE1、CS0、R/C0、A00時，啟動12位轉(zhuǎn)換 CE1、CS0、R/C0、A0 1時，啟動8位轉(zhuǎn)換CE1、CS0、R/C1、A0 0時，讀取轉(zhuǎn)換后的高8位數(shù)據(jù)CE1、CS0、R/C1、A0 1時，讀取轉(zhuǎn)換后的低4位數(shù)據(jù)（低4位+0000）; 12/8輸出數(shù)據(jù)形式選

22、擇信號。12/8端接PIN1（VLoGIc）時，數(shù)據(jù)按12位形式輸出。12/8端接PIN15（DGND）時，數(shù)據(jù)按雙8位形式輸出。 工業(yè)控制計算機與其接口41STS轉(zhuǎn)換狀態(tài)信號。轉(zhuǎn)換開始STS1,轉(zhuǎn)換結(jié)束STS0。10VIN模擬信號輸入。單極性010V，雙極性5V。20VIN模擬信號輸入。單極性020V，雙極性10V。REFIN參考電壓輸入。REFOUT參考電壓輸出。BIPOFF雙極性偏置。AD574的真值表如表5-3所示。單極性輸入電路和雙極性輸入電路分別如圖5-54、圖5-55所示。工業(yè)控制計算機與其接口42表5-3 AD574真值表 工業(yè)控制計算機與其接口43圖5-54 AD574單極性

23、輸入電路8/12CSA0CR/CEREF INREF OUTBIP OFF10 VIN20 VINAGNDDGND15 V15 V5 V1619低位2023中位2427高位STSAD57415 V100 k15 V10100 k100 模擬輸入8100 010 V020 V工業(yè)控制計算機與其接口44圖5-55 AD574雙極性輸入電路8/12CSA0CR/CEREF INREF OUTBIP OFF10 VIN20 VINAGNDDGND15 V15 V5 V1619低位2023中位2427高位STSAD5741010100 100 5 V10 V模擬輸入工業(yè)控制計算機與其接口456. A/D

24、轉(zhuǎn)換器與系統(tǒng)的連接及舉例1）.輸入模擬電壓的連接A/D轉(zhuǎn)換器的輸入模擬電壓可以是單端輸入也可以是雙端輸入。 ADC0808/0809可以從IN0IN7接8路模擬電壓輸入，通常接成單端、單極性輸入，這時UREF（+）5V、UREF（-）0V，也可以接成雙極性輸入，這時UREF（+）和UREF（-）應(yīng)分別接+、-極性的參考電壓。AD574是單端輸入模擬電壓，在10VIN和20VIN中任一端和AGND之間，可輸入單極性電壓或雙極性電壓，輸入模擬電壓的極性不同,其輸入電路也不同。工業(yè)控制計算機與其接口462）.數(shù)據(jù)輸出和系統(tǒng)總線的連接A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出有兩種方式。一種是A/D芯片內(nèi)部帶有三態(tài)輸出門

25、，其數(shù)據(jù)輸出線可以直接掛到系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線上去。另一種是A/D芯片內(nèi)部不帶三態(tài)輸出門，或雖有三態(tài)輸出門，但它不受外部信號控制，而是當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時自動開門，如AD570就是這種芯片。 工業(yè)控制計算機與其接口473）.轉(zhuǎn)換結(jié)束信號及轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，A/D轉(zhuǎn)換芯片輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。轉(zhuǎn)換結(jié)束信號也有兩種：電平信號和脈沖信號。CPU檢測到轉(zhuǎn)換結(jié)束信號后,即可讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。CPU一般可以采用以下3種方式和A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行聯(lián)絡(luò)來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取： （1）程序查詢方式。（2）中斷方式。（3）固定的延遲程序方式。 工業(yè)控制計算機與其接口48圖5-56 ADC0808/0809與8086CPU

26、的連接原理圖ABCG2BG2AG1Y7A2CA3A4A5A7A6IOM/CLK時鐘ALESTART11OE74LS02A1BA0AUREF()GND74LS138WRRD74LS02D7D0D7D0數(shù)據(jù)總線EOC接8259AUCCUREF()IN0IN1IN7八路模擬電壓輸入ADC08080809CPU8086工業(yè)控制計算機與其接口49圖5-57 AD574與8031的接口電路A01CSDDDDCECR/STS21314812/9AD5741081211715010V020V100 15 V100 k100 k100 15 V15 V15 V地址鎖存ALEP0, 7P0, 0118031WRR

27、DP3.2A0A1A75 V工業(yè)控制計算機與其接口50二 模擬量輸出接口 1. D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理D/A轉(zhuǎn)換器是把輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為與輸入量成比例的模擬信號的器件。 D/A轉(zhuǎn)換通道的結(jié)構(gòu)形式（1）一個通道設(shè)置一個D/A轉(zhuǎn)換器的形式。 (2）多個通道共用一個D/A轉(zhuǎn)換器的形式。通過多路模擬開關(guān)選擇通路。工業(yè)控制計算機與其接口51 2. DA轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)（1）分辨率。D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率表示當(dāng)輸入數(shù)字量變化了1時，輸出模擬量變化的大小。它反映了計算機的數(shù)字量輸出對執(zhí)行部件控制的靈敏程度。對于一個N位的D/A轉(zhuǎn)換器,其分辨率為（5-7） 分辨率通常用數(shù)字量的位數(shù)來表示，如8位、10位、12位

28、、16位等。分辨率為8位，表示它可以對滿量程的1/28=1/256的增量作出反應(yīng)。所以，N位二進(jìn)制數(shù)最低位具有的權(quán)值就是它的分辨率。 N2滿刻度值分辨率 工業(yè)控制計算機與其接口52（2）穩(wěn)定時間。穩(wěn)定時間是指D/A轉(zhuǎn)換器中代碼有滿刻度值的變化時，其輸出達(dá)到穩(wěn)定（一般指穩(wěn)定到與1/2最低位的值相當(dāng)?shù)哪M量范圍內(nèi)）所需的時間，一般為幾十納秒到幾微秒。（3）輸出電平。不同型號的D/A轉(zhuǎn)換器件的輸出電平相差較大，一般為510V。也有一些高壓輸出型，輸出電平為2430V。還有一些電流輸出型，低的為20mA，高的可達(dá)3A。（4）輸入編碼。一般二進(jìn)制編碼比較通用，也有BCD等其他專用編碼形式芯片。其他類型編

29、碼可在D/A轉(zhuǎn)換前用CPU進(jìn)行代碼轉(zhuǎn)換變成二進(jìn)制編碼。工業(yè)控制計算機與其接口53（5）溫度范圍。較好的D/A轉(zhuǎn)換器的工作溫度范圍為-4085，較差的為070。可按計算機控制系統(tǒng)使用環(huán)境查器件手冊選擇合適的器件類型。 3. 8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC0832是雙列直插式8位D/A轉(zhuǎn)換器,能完成從數(shù)字量輸入到模擬量（以電流形式）輸 出 的 轉(zhuǎn) 換 。 圖 5 - 4 1 和 圖 5 - 4 2 分 別 為DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和引腳圖。其主要參數(shù)如下：分辨率為8位（滿度量程的1/256），轉(zhuǎn)換時間為1s，基準(zhǔn)電壓為+10-10V，供電電源為+5+15V，功耗為20mW，與TTL電平兼

30、容。工業(yè)控制計算機與其接口54圖5-41 DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖8位輸入寄存器8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器&UREFIOUT2IOUT1RfbAGNDUCCDGND2LE1LED7D0ILECS1WR2WRXFER工業(yè)控制計算機與其接口55圖5-42 DAC0832引腳圖12345678910CS1WRUCCILEDI4DI5DI6DI7IOUT1IOUT2201918171615141312112WRXFERAGNDDI3DI2DI1DI0UREFRfbDGND工業(yè)控制計算機與其接口56從圖5-41中可見，在DAC0832中有兩級鎖存器；第一級鎖存器稱為輸入寄存器，它的鎖存信號

31、為ILE；第二級鎖存器稱為DAC寄存器，它的鎖存信號也稱為通道控制信號XFER。因為有兩級鎖存器，所以DAC0832可以工作在雙緩沖器方式下，即在輸出模擬信號的同時，可以采集下一個數(shù)據(jù)。這樣可以有效地提高轉(zhuǎn)換速度。另外，有了兩級鎖存器以后，可以在多個D/A轉(zhuǎn)換器同時工作時，利用第二級鎖存器的鎖存信號來實現(xiàn)多個轉(zhuǎn)換器的同時輸出。工業(yè)控制計算機與其接口575-42中各引腳的功能定義如下：CS片選信號，它和允許輸入鎖存信號ILE合起來決定WR1是否起作用。ILE允許鎖存信號。WR1寫信號1，它作為第一級鎖存信號將輸入數(shù)據(jù)鎖存到輸入寄存器中，WR1必須和CS、ILE同時有效。工業(yè)控制計算機與其接口58

32、WR2寫信號2，它將鎖存在輸入寄存器中的數(shù)據(jù)送到8位DAC寄存器中進(jìn)行鎖存，此時，傳送控制信號XFER必須有效。XFER傳送控制信號，用來控制WR2。 DI7DI08位數(shù)據(jù)輸入端，DI7為最高位。 IOUT1模擬電流輸出端，當(dāng)DAC寄存器中全為1時，輸出電流最大；當(dāng)DAC寄存器中全為0時，輸出電流為0。 IOUT2模擬電流輸出端，IOUT2為一個常數(shù)與IOUT1的差，即IOUT1+IOUT2=常數(shù)。工業(yè)控制計算機與其接口59Rfb反饋電阻引出端，DAC0832內(nèi)部已經(jīng)有反饋電阻，所以，Rfb端可以直接接到外部運算放大器的輸出端，這樣，相當(dāng)于將一個反饋電阻接在運算放大器的輸入端和輸出端之間。UR

33、EF參考電壓輸入端，此端可接一個正電壓，也可接負(fù)電壓，范圍為+10-10V。外部標(biāo)準(zhǔn)電壓通過UREF與T形電阻網(wǎng)絡(luò)相連。工業(yè)控制計算機與其接口60UCC芯片供電電壓，范圍為+5+15V，最佳工作狀態(tài)是+15V。AGND模擬量地，即模擬電路接地端。DGND數(shù)字量地。DAC0832有以下三種不同的工作方式：（1）直通方式。當(dāng)ILE接高電平，CS、WR1、WR2和XFER都接數(shù)字地時，DAC處于直通方式，8位數(shù)字量一旦到達(dá)DI7DI0輸入端，就立即加到8位D/A轉(zhuǎn)換器上被轉(zhuǎn)換成模擬量。例如在構(gòu)成波形發(fā)生器的場合，就要用到這種方式，即把要產(chǎn)生基本波形的存在ROM中的數(shù)據(jù)，連續(xù)取出送到DAC去轉(zhuǎn)換成電壓

34、信號。 工業(yè)控制計算機與其接口61（2）單緩沖方式。只要把兩個寄存器中的任何一個接成直通方式，而用另一個鎖存數(shù)據(jù)，DAC就可處于單緩沖工作方式。一般的做法是將WR2和XFER都接地，使DAC寄存器處于直通方式，另外把ILE接高電平，CS接端口地址譯碼信號，WR1 接CPU系統(tǒng)總線的IO/W，這樣便可以通過一條OUT指令選中該端口，使CS和WR1有效，啟動D/A轉(zhuǎn)換。 工業(yè)控制計算機與其接口62（3）雙緩沖方式。主要在以下兩種情況下需要用雙緩沖方式的D/A轉(zhuǎn)換：其一，需在程序的控制下，先把轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)傳入輸入寄存器，然后在某個時刻再啟動D/A轉(zhuǎn)換。這樣可以做到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)輸入同時進(jìn)行，因此轉(zhuǎn)換速

35、度較高。為此，可將ILE接高電平，WR1和WR2均接CPU的IO/W，CS和XFER分別接兩個不同的I/O地址譯碼信號。執(zhí)行OUT指令時，WR1和WR2均變?yōu)榈碗娖?。這樣，可先執(zhí)行一條OUT指令，選中CS端口，把數(shù)據(jù)寫入輸入寄存器；再執(zhí)行第二條OUT指令，選中XFER端口，把輸入寄存器內(nèi)容寫入DAC寄存器，實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換。 工業(yè)控制計算機與其接口63圖5-43是DAC0832工作于雙緩沖方式下，與有8位數(shù)據(jù)總線的微機相連的邏輯圖。其中，CS的口地址為320H，XFER的口地址為321H。當(dāng)CPU執(zhí)行第一條OUT指令時，選中CS端口，選通輸入寄存器，將累加器中的數(shù)據(jù)傳入輸入寄存器。再執(zhí)行第二條O

36、UT指令，選中XFER端口，把輸入寄存器的內(nèi)容寫入DAC寄存器，并啟動轉(zhuǎn)換。執(zhí)行第二條OUT指令時，累加器中的數(shù)據(jù)為多少是無關(guān)緊要的，主要目的是使XFER有效。工業(yè)控制計算機與其接口64圖5-43 DAC0832與有8位數(shù)據(jù)總線的微機的連接圖CSXFER1WR2WRDI70ILEUREFDGNDAGNDIOUT2IOUT1RfbUCC地址譯碼5 VAUoDAC0832320H321HIOW地址總線D7D05 V工業(yè)控制計算機與其接口65（1）單極性輸出電路。單極性輸出電路如圖5-45所示。D/A芯片輸出電流i經(jīng)輸出電路轉(zhuǎn)換成單極性的電壓輸出。圖5-45(a)為反相輸出電路，其輸出電壓為UOUT

37、=-iR （5-8）圖5-45(b)是同相輸出電路，其輸出電壓為 （5-9） （2）雙極性輸出。在某些微機控制系統(tǒng)中，要求D/A的輸出電壓是雙極性的，例如要求輸出-5+5V電壓。在這種情況下，D/A的輸出電路要作相應(yīng)的變化。圖5-46就是DAC082雙極性輸出電路實例。 1 12RRiRUOUT工業(yè)控制計算機與其接口66 圖5-45單極性輸出電路(a)反相輸出；(b)同相輸出D/AiRUO U T(a)D/AiRUO U T(b)R1R2工業(yè)控制計算機與其接口67由電路各參數(shù)計算可得最后的輸出電壓表達(dá)式為UOUT=-2U1-UREF設(shè)U1為0-5V，選取UREF為+5V，則UOUT=(010)

38、V-5V=-5+5V。工業(yè)控制計算機與其接口68圖5-46 雙極性輸出電路D/ARfbUREFA1V1R2R3A2R4UOUT UREF工業(yè)控制計算機與其接口69三. 數(shù)字量輸入通道隨輸入數(shù)字信號的類型不同，數(shù)字量輸入通道的結(jié)構(gòu)也不同。圖5-37畫出了幾種微機系統(tǒng)中常用的電平轉(zhuǎn)換、濾波、去抖動及光電隔離和繼電器隔離電路。工業(yè)控制計算機與其接口70圖5-37開關(guān)量輸入電路； (a）電平轉(zhuǎn)換及濾波器；(b）繼電器隔離及電平轉(zhuǎn)換電路； (c）消除開關(guān)二次反跳觸發(fā)器電路；(d）光電隔離及電平轉(zhuǎn)換電路1S5V5.1 kLS0474610.1 FSK24 V1S5V5.1 kLS0474610.1 FKK

39、S(b)(a)工業(yè)控制計算機與其接口71圖5-37開關(guān)量輸入電路； (a）電平轉(zhuǎn)換及濾波器；(b）繼電器隔離及電平轉(zhuǎn)換電路； (c）消除開關(guān)二次反跳觸發(fā)器電路；(d）光電隔離及電平轉(zhuǎn)換電路&S5 V5.1 k5.1 k74LS00S11 kLS0474615 VS4TLP5214115S24 V211.5 k(d)(c)16工業(yè)控制計算機與其接口72四.數(shù)字量輸出通道數(shù)字量輸出通道輸出的數(shù)字信號有三類：二進(jìn)制編碼數(shù)字、“1”或“0”的開關(guān)信號和脈沖信號。 具體電路可參閱圖5-38。圖5-39畫出了幾種開關(guān)量輸出的具體電路。 工業(yè)控制計算機與其接口73圖5-38 一種使用步進(jìn)電動機串行D

40、/A轉(zhuǎn)換電路D0D7CLK2gate2OUT2CLK1gate1OUT1CLK0gate0OUT0&11門控方向YB013ABC環(huán)形分配器CP1光電隔離電路11驅(qū)動電路x軸步進(jìn)電動機RDWRA0A1CSD0D7CLK2gate2OUT2CLK1gate1OUT1CLK0gate0OUT0&11門控方向YB013ABC環(huán)形分配器CP1光電隔離電路11驅(qū)動電路y軸步進(jìn)電動機R/DWRA0A1CS系統(tǒng)總線地址譯碼5 V5 V5 V1 k35 V1 k3LS047461LS047461分頻器(74LS93)時鐘脈沖1182538253工業(yè)控制計算機與其接口74圖5-39開關(guān)量輸出電路(

41、a）TTL電平輸出（PC900為高速光電隔離電路）；11 kLS047461輸出21360 6 45PC9001輸出端口i位輸出LS047461(a)5 V工業(yè)控制計算機與其接口75圖5-39開關(guān)量輸出電路(b）晶體管開關(guān)輸出；1 k輸 出 5 V360 TLP5211輸 出 端 口i位 輸 出LS047461(b)390 5.1 k工業(yè)控制計算機與其接口76圖5-39開關(guān)量輸出電路(c）繼電器輸出DZ144MC141316DZ144159PA0PA1PA6128255A8(c)16 V驅(qū)動電路24 V工業(yè)控制計算機與其接口77五. 開關(guān)型功率接口 1.光電隔離技術(shù) 圖5-40所示為幾種主要的

42、光電耦合器示意圖。 需要注意，光電耦合器的輸入.輸出端兩個電源必須單獨供電，如圖5-41所示。否則，如果使用同一電源（或共地的兩個電源），外部干擾信號可能通過電源串到系統(tǒng)中來，如圖5-42所示，這樣就失去了隔離的意義。工業(yè)控制計算機與其接口78123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:26-Jan-2010Sheet of File:D:PROGRAM FILESDESIGN EXPLORER 99 SEEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By:(a)(b)(c)(d)(e)圖5-40 幾種光電耦合器示意圖工業(yè)控制計算機與

43、其接口79123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:26-Jan-2010Sheet of File:D:PROGRAM FILESDESIGN EXPLORER 99 SEEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By:UccUcu0R2R1174LS04控制信號1控制信號Uccu0光 隔R2R1干擾干擾圖5-42 不正確的隔離圖5-41 正確的隔離工業(yè)控制計算機與其接口80 2.晶閘管接口 晶閘管是一種大功率電器元件，也稱可控硅。它具有體積小.效率高.壽命長等優(yōu)點，在計算機自動控制系統(tǒng)中，可作為大功率驅(qū)動器件，實現(xiàn)用小功率控

44、件控制大功率設(shè)備。 （1）單向晶閘管接口 單向晶閘管又稱可控硅整流器，其最大特點是有截止和導(dǎo)通兩個穩(wěn)定狀態(tài)（開關(guān)作用），同時又具有單向?qū)щ姷恼髯饔谩?圖5-43是控制計算機控制單向晶閘管實現(xiàn)220V交流開關(guān)的例子。工業(yè)控制計算機與其接口81123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:26-Jan-2010Sheet of File:D:PROGRAM FILESDESIGN EXPLORER 99 SEEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By:1控 制 信 號R1+5VRL220V ACR22CT52圖5-42 控制計算機

45、與單向晶閘管接口電路工業(yè)控制計算機與其接口82 （2）雙向晶閘管驅(qū)動接口 雙向晶閘管在結(jié)構(gòu)上可看成是兩個單向并聯(lián)構(gòu)成的，這種結(jié)構(gòu)使其在應(yīng)用特性與單向晶閘管不同。第一，它在觸發(fā)后是交流雙向?qū)?；第二，在門極中所加的觸發(fā)信號不論是正還是負(fù)都可以使雙向晶閘管導(dǎo)通。雙向晶閘管一般用作過零開關(guān)，對交流回路進(jìn)行功率控制。 圖5-43為雙向晶閘管與控制計算機的接口電路。工業(yè)控制計算機與其接口83123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:26-Jan-2010Sheet of File:D:PROGRAM FILESDESIGN EXPLORER 99

46、SEEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By:(a)+5v+5v(b)220V AC220V ACVTVT64463302kR1R2ZfzC0.2F1MOC302112150437407150330RfzR1MOC302112217407控制信號控制信號圖5-43 雙向晶閘管與控制計算機的接口電路（a）阻抗負(fù)載 (b)電感負(fù)載工業(yè)控制計算機與其接口84123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:26-Jan-2010Sheet of File:D:PROGRAM FILESDESIGN EXPLORER 99 SEEXAMP

47、LESMyDesign.ddbDrawn By:C220V AC負(fù)載VT64C1R1R2R31kR510.1F1023COM圖5-44 雙向晶閘管保護(hù)電路工業(yè)控制計算機與其接口85123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:26-Jan-2010Sheet of File:D:PROGRAM FILESDESIGN EXPLORER 99 SEEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By:C220V AC負(fù)載VT6R1R2R3330R390.1F1603COM控制信號27407Ucc180圖5-45 MOC3061雙向晶閘管觸發(fā)

48、電路工業(yè)控制計算機與其接口86 3.繼電器輸出接口 由于繼電器是通過改變金屬觸點的位置，使動觸點與定觸點閉合或分開，所以具有接觸電阻小，流過電流大及耐高壓等優(yōu)點，但在動作可靠性上不及晶閘管。 不同的繼電器，其線圈驅(qū)動電流的大小，以及帶動負(fù)載的能力不同，選用時應(yīng)該考慮下列因素： 1）繼電器額定工作電壓（或電流） 2）接點負(fù)荷 3）接點的數(shù)量或種類（常閉或常開） 4）繼電器的體積，封裝形式，工作環(huán)境，接點吸合或釋放時間等。工業(yè)控制計算機與其接口87123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:27-Jan-2010Sheet of File:D:

49、PROGRAM FILESDESIGN EXPLORER 99 SEEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By:+5vU411VDVR5UKCCC220V繼電器K1-190132TIL11717406控制信號1k1k圖5-46 繼電器接口電路工業(yè)控制計算機與其接口88 4.固態(tài)繼電器接口 固態(tài)繼電器簡稱SSR。它是用晶體管或晶閘管代替常規(guī)繼電器的觸點開關(guān)，而在前級中與光電隔離器融為一體。因此，固態(tài)繼電器實際上是一種帶光電隔離器的無觸點開關(guān)，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，固態(tài)繼電器可分為直流型固態(tài)繼電器和交流型固態(tài)繼電器。 由于固態(tài)繼電器輸入控制電流小，輸出無觸點，所以與電磁式繼電器相比，具有體積

50、小，重量輕，無機械噪聲，無抖動和回跳，開關(guān)速度快，工作可靠等優(yōu)點。在微型計算機控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，大有取代電磁繼電器之勢。以下是幾種典型的固態(tài)繼電器原理電路圖。工業(yè)控制計算機與其接口89123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:27-Jan-2010Sheet of File:D:PROGRAM FILESDESIGN EXPLORER 99 SEEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By:4311VDRLRR2直流電源S整形放大電路2直流電源+負(fù)載圖5-47 直流型SSR原理圖工業(yè)控制計算機與其接口90123456A

51、BCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:27-Jan-2010Sheet of File:D:PROGRAM FILESDESIGN EXPLORER 99 SEEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By:DC-SSR3412VDR1控制信號DC-SSR3412VDR1控制信號DC-SSR3412VDR1控制信號+5V+27VABC321圖5-48 步進(jìn)電動機控制原理圖工業(yè)控制計算機與其接口91123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:27-Jan-2010Sheet of Fil

52、e:D:PROGRAM FILESDESIGN EXPLORER 99 SEEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By:4311RLRRRC2S過零電2交流電源負(fù)載+_路圖 5-49 交流過零型SSR原理圖工業(yè)控制計算機與其接口92123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:27-Jan-2010Sheet of File:D:PROGRAM FILESDESIGN EXPLORER 99 SEEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By:3AC-SSR412PRCPRM3AC-SSR412PRCPRM11控制信號

53、7404UccRR12CAB220V圖5-51 用交流型SSR控制交流電動機原理圖工業(yè)控制計算機與其接口93ttttttOUACOOOOO輸入信號過零型負(fù)載電流過零型輸出電壓移相型負(fù)載電流移相型輸出電壓圖5-52 交流SSR輸出波形圖工業(yè)控制計算機與其接口94 5. 大功率場效應(yīng)管開關(guān)接口 在開關(guān)量輸出控制中，除了前面介紹的固態(tài)繼電器以外，還可以用大功率場效應(yīng)管開關(guān)量輸出控制元件。由于場效應(yīng)管輸入阻抗高，關(guān)斷漏電流小，響應(yīng)速度快，而且與同功率繼電器相比，體積較小，價格便宜，所以在計算機開關(guān)量輸出控制中也常作為開關(guān)元件使用。 利用大功率場效應(yīng)管可以實現(xiàn)步進(jìn)電動機控制。其原理圖如5-53所示。工業(yè)

54、控制計算機與其接口95圖5-52 大功率場效應(yīng)管表示符號123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:27-Jan-2010Sheet of File:D:PROGRAM FILESDESIGN EXPLORER 99 SEEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By:GDS工業(yè)控制計算機與其接口96123456ABCD654321DCBAT itleN um berR evisionSizeBD ate:27-Jan-2010Sheet of File:D :PR O G R A M FIL E SD E SIG N E X P

55、L O R E R 99 SE E X A M PL E SM yD esign.ddbD raw n B y:RA6A 6V DRpCpRA6A 6V DRpCpRA6A 6V DRpCpIR F640R1UccUcIR F640IR F640R2R37406控 制 信 號7406控 制 信 號7406控 制 信 號4N 254N 254N 25+27V圖5-53 采用大功率場效應(yīng)管的步進(jìn)電動機控制電路原理圖工業(yè)控制計算機與其接口975.3可編程控制器 一一. PLC的組成及工作原理的組成及工作原理工業(yè)控制計算機與其接口985.3可編程控制器 PLC的組成及工作原理的組成及工作原理 1硬件組成硬件組成 (1)CPU模塊模塊 (2)存儲器存儲器 (3)I/O接口模塊接口模塊 1)智能智能IO接口模塊接口模塊 2)外設(shè)通訊接口