王建華計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課件第2章

2.1工業(yè)控制機(jī)的特點(diǎn)工業(yè)控制機(jī)也稱工業(yè)計(jì)算機(jī)IPC(industrialpersonalcomputer，以下簡稱工控機(jī))。它主要特點(diǎn)如下：1.可靠性高

平均無故障工作時(shí)間(MTBF)達(dá)到幾萬小時(shí)。2.實(shí)時(shí)性好

配有實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTDOS)。3.環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)

對溫度／濕度變化范圍要求高；有防塵、防腐蝕、防振動沖擊的能力;有較好的電磁兼容性和高抗干擾能力及高共模抑制的能力。4.過程輸入和輸出配套較好

如模擬量、開關(guān)量、脈沖量、頻率量等輸入輸出模板。第2章工業(yè)計(jì)算機(jī)簡介

5.系統(tǒng)擴(kuò)充性好6.系統(tǒng)開放性

主機(jī)接口、網(wǎng)絡(luò)通信、軟件兼容及升級等方面遵守開放性原則。7.控制軟件包功能強(qiáng)，如組態(tài)軟件。8.系統(tǒng)通信功能強(qiáng)

具有串行通信、網(wǎng)絡(luò)通信功能。

9.后備措施齊全

包括供電后備，存儲器信息保護(hù)，手動／自動操作后備，緊急事故切換裝置等。

10.具有冗余性

括雙控制站、雙操作站、雙網(wǎng)通信；雙供電系統(tǒng)、雙電源等，具有雙機(jī)切換功能，雙機(jī)監(jiān)視軟件等，以確保系統(tǒng)長期不間斷地運(yùn)行。2.2工業(yè)控制機(jī)的分類按照所采用的總線標(biāo)準(zhǔn)類型可將工業(yè)控制機(jī)分成下列四類：1.PC總線工控機(jī)有ISA總線、VESA局部總線(VL—BUS)、PCI總線、PC104總線等幾種類型工控機(jī)，主機(jī)CPU類型有80386、80486、Pentium等。2.STD總線工控機(jī)它采用STD總線，主機(jī)CPU類型有80386、80486、Pentium等，另外與STD總線相類似的尚有STE總線工控機(jī)。3.VME總線工控機(jī)它采用VME總線，主機(jī)CPU類型以Motoro1a公司的M68000、M68020和M68030為主。4.多總線工控機(jī)它采用MULTIbus總線，以INTEL工控機(jī)為代表，主機(jī)CPU類型有80386、80486和Pentium等。廣義而言，工控機(jī)的類型更廣些，主要有IPC工控機(jī)，PLC可編程序控制器，專用控制機(jī)以及其他類型的工控機(jī)，智能控制器等。2.3總線式工控機(jī)

2.3.1STD總線1.總線標(biāo)準(zhǔn)STD總線最早由PRO-LOG公司在1978年推出，正式標(biāo)準(zhǔn)為IEEE961標(biāo)準(zhǔn)。2.支持的處理機(jī)系統(tǒng)STD總線可支持16、32位處理機(jī)；如8086、68000、80286。3.總線的基本組成STD總線由56根線組成。56根線按功能分為4組。最早的STD總線定義為：8根雙向數(shù)據(jù)線，16根地址線，兩根總線控制線和10根電源和地線?？刂菩盘柧€又分：存儲器、I／O控制線，外圍設(shè)備定時(shí)，時(shí)鐘和復(fù)位，中斷和總線控制，串行優(yōu)先鏈和CPU狀態(tài)。4.總線的數(shù)據(jù)傳輸控制方式

STD總線采用同步方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。5.支持中斷能力原始的STD總線只有兩條中斷控制線，對中斷的控制能力很差。6.支持多主的能力

原始的STD總線只有兩條總線控制信號線，因此，支持多主的能力是很差的。7.電源總線STD的電源總線由±5V、±12V和地幾種信號線組成。8.模板尺寸11.4×16.5cm。(4.5×6.5inch)。9.系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)(1)小板結(jié)構(gòu)，機(jī)械強(qiáng)度大，抗振動、沖擊能力強(qiáng)。(2)嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化結(jié)構(gòu)，使得不同廠家的產(chǎn)品容易兼容。(3)可靠性高RO-LOG的STD產(chǎn)品保修期為5年。2.3.2PC總線1.PC總線工業(yè)控制機(jī)主要特點(diǎn)(1)兼容性好、升級容易(2)性能價(jià)格比高(3)豐富的軟件支持(4)通信功能強(qiáng)(5)可靠性高工業(yè)PC均比普通PC提高2—3倍。2.PC總線工業(yè)控制機(jī)體系結(jié)構(gòu)工業(yè)PC(IPC)是以PC總線(ISA，VESA，PCI總線)為基礎(chǔ)構(gòu)成的工業(yè)計(jì)算機(jī)。IPC構(gòu)成圖如下所示。打印機(jī)硬盤鍵盤軟驅(qū)彩色顯示器顯示卡ALL—IN—ONE主機(jī)板擴(kuò)充模板擴(kuò)充模板光驅(qū)電源串行口RS-232C打印口鍵盤口IDE口ISABUSIPC構(gòu)成原理3.工業(yè)控制機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)下圖描述了工業(yè)PC機(jī)械結(jié)構(gòu)組成。防塵與保證運(yùn)行安全的帶鎖門電源、硬盤及鍵盤的狀態(tài)指示燈RESET鍵、KEYBOARD-LOCK鍵帶可拆卸空氣過濾器的面板雙冷卻風(fēng)扇建立空氣正壓力，經(jīng)過濾的空氣在機(jī)箱內(nèi)流通300W工業(yè)開關(guān)電源可拆卸式光驅(qū)、軟驅(qū)框架防震的可調(diào)節(jié)夾鉗用于安展電纜的面板裝特殊連接器或擴(kuò)加固型金屬機(jī)箱14槽PC總線底版電源on/off鍵4.PC總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范ISA總線較為成熟，工業(yè)PC機(jī)主要以ISA總線、PCI總線為主流ISA總線信號定義ISA總線的98根信號線如下圖所示62+36信號線定義如下：CLK(輸出，第B20腳)是一個(gè)8MHz系統(tǒng)時(shí)鐘信號。RESET(輸出，第B2腳)在系統(tǒng)上電或從過電壓恢復(fù)時(shí)復(fù)位或初始化系統(tǒng)邏輯。

SA0～SA19(輸入／輸出，第A31～12腳),LA17～LA23(輸入／輸出，第C8～C2腳)為地址線.SD0～SD15(輸入／輸出，第A9～A2腳、C11～C18腳)16位數(shù)據(jù)總線，SD0是最低有效位，SD15是最高有效位。

IRQ3～I(xiàn)RQ7，IRQ9～I(xiàn)RQ12，IRQ14～I(xiàn)RQ15(輸入第B25～B21，B4，D3～D7腳)為中斷請求信號。它們用來通知微處理器注意I／O裝置的請求。

(輸入／輸出，第B14腳)為I／O讀信號，它指示I／O裝置把數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線上。

(輸入／輸出，第B13腳)為I／O寫信號，它指示I／O裝置讀取數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)。AEN(輸出，第A11腳)為地址允許信號，用于把微處理器及其他裝置從I／O通道上釋放以便能夠執(zhí)行DMA傳送。當(dāng)此線有效時(shí)，DMA控制器將控制地址總線，數(shù)據(jù)總線讀取命令線(存儲器和I／O通道)及寫命令線(存儲器和I／O)。(輸入，第D2腳)“I／O16位芯片選擇”用來通知系統(tǒng)主板，當(dāng)前的數(shù)據(jù)傳送是一個(gè)16位的、等待狀態(tài)的I／O周期。它的驅(qū)動來自地址的譯碼。ISA總線可提供24位存儲器地址，數(shù)據(jù)訪問可選擇8位或16位。2.3.3MULTIbus總線

1.總線標(biāo)準(zhǔn)的形成過程及其標(biāo)準(zhǔn)1982年完成標(biāo)準(zhǔn)化工作，MULTIbus為IEEE796標(biāo)準(zhǔn)。2.支持的處理機(jī)多總線幾乎支持所有的8位到32位的處理機(jī)，是一種非常靈活的總線。3.總線的基本組成多總線底板上有兩排連接器：P1和P2。IEEE796標(biāo)準(zhǔn)定義了P1的86根線和P2的4根線。這90條信號線可分成以下幾類：·25條地址線·2條禁止線·16條數(shù)據(jù)線·9條控制線·9條中斷線·5條總線交換線·24條電源線4.總線的數(shù)據(jù)傳輸控制方式異步方式。5.支持中斷能力：8條中斷請求線、1條中斷應(yīng)答信號線，中斷支持能力是很強(qiáng)的。6.支持多主能力：多總線支持16個(gè)主設(shè)備。

7.電源電壓：多總線中提供了數(shù)目很大的電源線和地線，包括＋5V、±12V的電壓，地線則定義了電源地和信號地兩種，工業(yè)控制應(yīng)用極為方便。

8.板子尺寸304.8cm×171.5cm(12inch×6.75inch)9.總線連接器的形式：MULTIbus總線連接器采用兩個(gè)邊緣連接器。10.特點(diǎn)：·支持各種體系結(jié)構(gòu)，包括單處機(jī)和多處理機(jī)體系結(jié)構(gòu)，·結(jié)構(gòu)原理簡單。·支持的處理機(jī)范圍很廣，從8位到32位?！ぞ哂袑?shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)RMX86系列的支持。2.4可編程控制器PLC

2.4.1PLC的基本組成PLC是一種以微處理器為核心的用作控制的特殊計(jì)算機(jī)，PLC的邏輯框圖如下圖所示。外設(shè)接口輸入部件I/O擴(kuò)展單元輸出部件I/O擴(kuò)展口ROMRAM后備電源電源CPU編程裝置計(jì)算機(jī)其他外設(shè)接收現(xiàn)場信號驅(qū)動受控元件PLC邏輯框圖2.4.2PLC各組成部分1.中央處理單元CPU一般的中型可編程控制器多為雙微處理器系統(tǒng)。一個(gè)是字處理器，多為8位或16位的微處理器．另一個(gè)是位處理器，也稱布爾處理器。2.存儲器在可編程控制器系統(tǒng)中，存儲器主要存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。由PROM，EPROM，EEPROM，MMC及RAM等組成。3.輸入／輸出部件I／O單元主要類型有：數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等。2.5單片機(jī)

下圖是用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)過程控制的典型結(jié)構(gòu)原理框圖。程序存儲器EPROMI/O打印機(jī)繪圖儀

顯示器鍵盤程序存儲器RAMI/O擴(kuò)展數(shù)字量測量模擬量測量開關(guān)量控制開關(guān)量控制光電隔離光電隔離光電隔離A/DD/A單片機(jī)I/O測控部分基本部分外設(shè)部分單片機(jī)過程控制原理框圖2.6單回路數(shù)字調(diào)節(jié)器單回路數(shù)字調(diào)節(jié)器(Sing1eStrategyController，簡稱SSC)是一種以微處理器或單片微型計(jì)算機(jī)為核心，能完成生產(chǎn)過程1～4個(gè)回路直接數(shù)字控制任務(wù)的數(shù)字控制儀表，其結(jié)構(gòu)原理如下圖所示。模擬輸出切換開關(guān)……-DO1開關(guān)量輸出TXDRXDDO4DI1DI4AI1AI4AO1AO4………………+通信接口PIAMPU繼電器EPROMEAPROM光電隔離模擬輸入切換開關(guān)RAM顯示V/IV/ID/A鍵盤單回路數(shù)字調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)原理PIAMPU單元是調(diào)節(jié)器的核心，它包括微處理器(或單片微機(jī))、系統(tǒng)存貯器(PRO