計(jì)算機(jī)控制技術(shù)第二章

有關(guān)本課程學(xué)習(xí)的幾點(diǎn)建議

本課程屬于專業(yè)課,多媒體上課,信息量大,速度塊;課件內(nèi)容比較多,上課重點(diǎn)講解一些內(nèi)容;有些內(nèi)容作為擴(kuò)展知識(shí)面,課堂不進(jìn)行講解,考試不做要求（自學(xué)）;

本門的課程的難點(diǎn)在于:(1)和前續(xù)課程的聯(lián)系,溫故而知新；記筆記……;(2)前沿性的東西很多,新技術(shù),新設(shè)備不斷推陳出新,培養(yǎng)自己自學(xué)能力

要求:學(xué)生把本課件通讀一遍,了解本們課程的一個(gè)總體輪廓;

第二章工業(yè)控制計(jì)算機(jī)IPC

（IndustrialPersonalComputer）2.1工控機(jī)（掌握）2.2可編程邏輯器（PLC）（了解）2.3嵌入式系統(tǒng)（了解）2.1.1工控機(jī)的組成與特點(diǎn)工業(yè)控制計(jì)算機(jī),簡(jiǎn)稱工控機(jī),也稱為工業(yè)計(jì)算機(jī)IPC。（IndustrialPersonalComputer）它主要用于工業(yè)過程測(cè)量、控制、數(shù)據(jù)處理等工作以工控機(jī)為核心的測(cè)量和控制系統(tǒng)，處理來自工業(yè)系統(tǒng)的輸入信號(hào)，再根據(jù)控制要求將處理結(jié)果輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，去控制生產(chǎn)過程，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)督和管理。典型的工控機(jī)由加固型工業(yè)機(jī)箱、工業(yè)電源、主機(jī)板、顯示板、硬盤驅(qū)動(dòng)器、光盤驅(qū)動(dòng)器、各類輸入/輸出接口模塊、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)等組成。工控機(jī)硬件組成1圖1工控機(jī)機(jī)箱圖圖2主板圖圖3底板圖圖4IPC的硬件組成框圖2．系統(tǒng)總線（內(nèi)部總線和外部總線）

內(nèi)部總線是IPC內(nèi)部各組成部分進(jìn)行信息傳送的公共通道,是一組信號(hào)線的集合.常用的內(nèi)部總線有ISAPC總線和PCI總線等。

外部總線是IPC與其它計(jì)算機(jī)或智能設(shè)備進(jìn)行信息傳送的公共通道。常用的外部總線有RS-232C、RS-485和USB通信總線等。1．主機(jī)板主機(jī)板由中央處理器（CPU）、內(nèi)存儲(chǔ)器（RAM、ROM）等部件組成,它是IPC的核心。3．輸入輸出模板模擬量和數(shù)字量輸入輸出通道。4．人-機(jī)接口人機(jī)接口是人與計(jì)算機(jī)交流的一種外設(shè).它由標(biāo)準(zhǔn)的PC鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器和打印機(jī)等組成。5.通信接口通信接口是IPC和其它計(jì)算機(jī)或智能外設(shè)的接口,常用的接口有RS-232C、RS-485和USB等接口。6．系統(tǒng)支持板IPC的系統(tǒng)支持板主要包括如下部分：（1）程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng),即看門狗定時(shí)器：當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)能使系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位,恢復(fù)運(yùn)行.（2）電源掉電檢測(cè)：其目的是為了及時(shí)檢測(cè)到電源掉電后,立即保護(hù)當(dāng)時(shí)的重要數(shù)據(jù)和各寄存器的狀態(tài).（3）保護(hù)重要數(shù)據(jù)的后備存儲(chǔ)器：采用帶有后備電池的SRAM、NOVRAM、EEPROM,能在系統(tǒng)掉電后保證數(shù)據(jù)不丟失.（4）實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘：用于定時(shí)自動(dòng)執(zhí)行某些控制功能和自動(dòng)記錄某個(gè)控制是在何時(shí)發(fā)生的.7.磁盤系統(tǒng)磁盤系統(tǒng)有半導(dǎo)體虛擬磁盤以及通用的軟磁盤和硬磁盤或USB盤。工控機(jī)軟件組成21．系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件用來管理IPC的資源,并以簡(jiǎn)便的形式向用戶提供服務(wù),包括實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)RTOS、引導(dǎo)程序、調(diào)度執(zhí)行程序等,其中操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件最基本的部分,如MS-DOS和Windows(XP/2007/2010)等系統(tǒng)軟件.2.工具軟件工具軟件是技術(shù)人員從事軟件開發(fā)工作的輔助軟件,包括匯編語言、高級(jí)語言、編譯程序、編輯程序、調(diào)試程序、診斷程序等,借以提高軟件生產(chǎn)效率,改善軟件產(chǎn)品質(zhì)量.(KEIL,PROTEL……)3．應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件是系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員針對(duì)某個(gè)生產(chǎn)過程現(xiàn)時(shí)編制的控制和管理程序,它往往涉及應(yīng)用領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí).它包括過程輸入程序、過程控制程序、過程輸出程序、人機(jī)接口程序、打印顯示程序和控制程序等.當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的控制與管理一體化,以便適應(yīng)不斷變化的市場(chǎng)需求.而工業(yè)控制的應(yīng)用軟件就起著關(guān)鍵性的作用,因此它應(yīng)具有通用性、開放性、實(shí)時(shí)性、多任務(wù)性和網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn).

現(xiàn)在許多專業(yè)化公司開發(fā)生產(chǎn)了商品化的工業(yè)控制軟件,如數(shù)據(jù)采集軟件、工控組態(tài)軟件、過程仿真軟件等,這些都為應(yīng)用軟件的開發(fā)提供了絕佳的使用平臺(tái).工控機(jī)的特點(diǎn)（了解）3

IPC是一種專用于工業(yè)場(chǎng)合下的控制計(jì)算機(jī)。一方面工業(yè)環(huán)境常常處于高溫、高濕、腐蝕、振動(dòng)、沖擊、灰塵,以及電磁干擾嚴(yán)重、供電條件不良等等惡劣環(huán)境中；一方面工業(yè)生產(chǎn)過程因行業(yè)、原料、產(chǎn)品的不同,而使生產(chǎn)過程、工藝要求也五花八門。這些都是工業(yè)自動(dòng)化控制中要解決的重要課題。IPC采用了總線技術(shù)和模板化結(jié)構(gòu),再加上采取了多重抗干擾措施,因而使IPC系統(tǒng)具有其它計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無法比擬的功能特點(diǎn)。1.可靠性和可維修性好2.實(shí)時(shí)性好3.環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)4.豐富的輸入輸出模板5.系統(tǒng)擴(kuò)充性和開放性好6.控制軟件包功能強(qiáng)7.系統(tǒng)通信功能強(qiáng)8.冗余性

2.1.2工控機(jī)的內(nèi)部總線

內(nèi)部總線是指微機(jī)內(nèi)部各功能模塊間進(jìn)行通信的總線，。它是構(gòu)成完整微機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部信息樞紐。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)采用內(nèi)部總線母板結(jié)構(gòu)，母板上各插槽的引腳都連接在一起，組成系統(tǒng)的多功能模板插入接口插槽，由內(nèi)部總線完成系統(tǒng)內(nèi)各模板之間的信息傳送，從而構(gòu)成完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。各種型號(hào)的計(jì)算機(jī)都有自身的內(nèi)部總線。

目前工控領(lǐng)域應(yīng)用較多的內(nèi)部總線有STD總線、ISA總線和PCI總線。ISA總線1IBMPC總線是針對(duì)Intel8088微處理器而設(shè)計(jì)的，其第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是PC/XT總線，它定義了8位數(shù)據(jù)線和20位地址和若干條控制線，共62引腳。為了和Intel8028616位機(jī)兼容，對(duì)XT總線在電氣和機(jī)械特性上作了較大的擴(kuò)充，在原來62引腳的基礎(chǔ)上又增加了一個(gè)36引腳插座而形成AT總線。AT總線將數(shù)據(jù)總線擴(kuò)展為16位，地址總線擴(kuò)展到24位，將中斷擴(kuò)充到15個(gè)并提供了中斷共享功能，而DMA通道也擴(kuò)充到8個(gè)。AT總線也稱ISA（IndustryStandardArchitecture）總線標(biāo)準(zhǔn)。

1989年，COMPAQ公司聯(lián)合HP.AST等9家計(jì)算機(jī)公司，在ISA總線基礎(chǔ)上，推出了適應(yīng)32位微處理器的系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)EISA（ExtendedIndustrialStandardArchitecture）。ISA總線插槽有一長(zhǎng)一短兩個(gè)插口，長(zhǎng)插口有62個(gè)引腳，以A31～A1和B31～B1表示，分別列于插槽的兩面；短插口有36個(gè)引腳，以C18～C1和D18～D1表示，也分別列于插槽的兩面。ISA總線插槽如圖所示。D18D1C18C1B31B1A31A1圖5ISA總線插槽圖PCI總線2

PCI總線（PeripheralComponentInterconnect，外圍部件互連總線）是介于CPU芯片級(jí)總線與系統(tǒng)總線之間的一級(jí)總線。外設(shè)通過局部總線與CPU的數(shù)據(jù)傳輸率得以大大提高。PCI總線支持64位數(shù)據(jù)傳送、多總線主控模塊和線性猝發(fā)讀寫和并發(fā)工作方式。PCI引腳圖如圖6所示。其主要特點(diǎn)如下：①PCI總線時(shí)鐘為33MHz，與CPU時(shí)鐘無關(guān)，總線帶寬為32位，可擴(kuò)充到64位。②PCI傳輸率高：最大傳輸率為133MB/s（266MB/s），能提高硬盤、網(wǎng)絡(luò)界面卡的性能；充分發(fā)揮影像、圖形及各種高速外圍設(shè)備的性能。③PCI采用數(shù)據(jù)線和地址線復(fù)用結(jié)構(gòu)，減少了總線引腳數(shù)，從而節(jié)省線路空間，降低設(shè)計(jì)成本。地址和數(shù)據(jù)線接口控制信號(hào)中斷信號(hào)64位總線擴(kuò)展信號(hào)接口控制支持高速緩存信號(hào)邊界掃描信號(hào)系統(tǒng)仲裁出錯(cuò)報(bào)告必需的可選的圖6PCI總線引腳圖20圖6ISA和PCI總線槽位圖⑵PCI總線

堅(jiān)實(shí)的PCI總線，是標(biāo)準(zhǔn)PCI總線的改進(jìn)。更加可靠，插槽更多，可以熱插拔。CompactPCI總線（了解）3

PC總線是IBMPC總線的簡(jiǎn)稱,PC總線因IBMPC及其兼容機(jī)的廣泛普及而成為全世界用戶承認(rèn)的一種事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn).PC總線IPC,或稱為工業(yè)PC機(jī)即IPC,即是脫胎于IBMPC機(jī)發(fā)展起來的.PC/104總線（了解）4

STD總線是美國(guó)PRO-LOG公司1978年推出的一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)總線.該總線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,全部56根引腳線都有確切的定義?？梢约嫒莞鞣N通用的8位微處理器,如8080、8085、6800等。可以升級(jí)為16位微處理器兼容總線。STD總線（了解）5外部總線是指用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與其它智能外設(shè)之間的通信線路，又稱通信總線。常用的外部總線有IEEE-488并行總線、RS-232C串行總線、RS485通信總線和USB總線。2.1.3工控機(jī)的外部總線IEEE-488并行通信總線（了解）1RS-232C串行通信總線2

RS-232C總線是由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA于1969年修定的一種通信接口標(biāo)準(zhǔn),專門用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備之間的串行通信。目前RS-232C接口已成為計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置,如串行口COM1、COM2均為RS-232C總線接口標(biāo)準(zhǔn).

在許多工業(yè)過程控制中,往往要求用最少的信號(hào)線來完成通信任務(wù).目前廣泛應(yīng)用的RS-485串行接口總線就是為適應(yīng)這種需要應(yīng)運(yùn)而生的.它實(shí)際就是RS-422總線的變型,二者不同之處在于：

RS-422為全雙工,采用兩對(duì)差分平衡信號(hào)線；

RS-485為半雙工,只需一對(duì)平衡差分信號(hào)線. RS-485更適合于多站互連(已經(jīng)具備了現(xiàn)場(chǎng)總線的概念),一個(gè)發(fā)送驅(qū)動(dòng)器最多可連接大于32個(gè)負(fù)載設(shè)備,負(fù)載設(shè)備可以是被動(dòng)發(fā)送器、接收器和收發(fā)器.其電路結(jié)構(gòu)是在平衡連接的電纜上掛接發(fā)送器、接收器或組合收發(fā)器,且在電纜兩端各掛接一個(gè)終端電阻用于消除兩線間的干擾.RS-485總線（1983年提出）3全雙工半雙工USB總線4USB總線是PC機(jī)與多種外圍設(shè)備連接和通信的標(biāo)準(zhǔn)接口,它是一個(gè)所謂“萬能接口”,可以取代傳統(tǒng)PC機(jī)上連接外圍設(shè)備的所有端口(包括串行端口和并行端口),用戶幾乎可以將所有外設(shè)裝置——包括鍵盤、顯示器、鼠標(biāo)、調(diào)制解調(diào)器、打印機(jī)、掃描儀及各種數(shù)字音影設(shè)備,統(tǒng)一通過USB接口與主機(jī)相接.同時(shí),它還可為某些設(shè)備(如數(shù)碼相機(jī)、掃描儀等)提供電源（手機(jī)充電）,使這些設(shè)備無須外接獨(dú)立電源即可工作.USB是1995年由稱為“USB實(shí)現(xiàn)者論壇”

(USBImplementerForum)的組織聯(lián)合開發(fā)的新型計(jì)算機(jī)串行接口標(biāo)準(zhǔn).1996年1月,頒布了USB1.0版本規(guī)范,其主要技術(shù)規(guī)范是：(1)支持低速(1.5Mbps)和全速(12Mbps)兩種數(shù)據(jù)傳輸速率.前者用于連接鍵盤、鼠標(biāo)器、調(diào)制解調(diào)器等外設(shè)裝置；后者用于連接打印機(jī)、掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等外設(shè)裝置.(2)一臺(tái)主機(jī)最多可連接127個(gè)外設(shè)裝置(含USB集線器Hub市面有賣的)；連接節(jié)點(diǎn)(外設(shè)或Hub)間距可達(dá)5米,可通過USB集線器級(jí)聯(lián)的方式來擴(kuò)展連接距離,最大擴(kuò)展連接距離可達(dá)20米.(3)采用4芯連接線纜,其中兩線用于以差分方式傳輸串行數(shù)據(jù),另外兩線用于提供+5V電源.線纜種類有兩種規(guī)格,即無屏蔽雙絞線(UTP)和屏蔽雙絞線(STP).前者適合于1.5Mbps的數(shù)據(jù)速率,后者適合于12Mbps的數(shù)據(jù)速率.(4)具有真正的“即插即用”特性.主機(jī)依據(jù)外設(shè)的安裝情況自動(dòng)配置系統(tǒng)資源,用戶無需關(guān)機(jī)即可進(jìn)行外設(shè)更換,外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序的安裝與刪除完全自動(dòng)化.

USB2.0速度更快（2000年）USB2.0的理論傳輸速度最高可達(dá)到480Mbps.圖7USB接口示例圖ARINC429總線（了解）5美國(guó)航空電子工程委員會(huì)1977年提出，并批準(zhǔn)使用，主要應(yīng)用于航空電子設(shè)備及有關(guān)系統(tǒng)間的信息傳輸要求。2.1.4IPC輸入/輸出模板（了解）1.模擬量輸入模板2.模擬量輸出模板3.數(shù)字量輸入輸出模板4.其他功能模板5.遠(yuǎn)程I/O模塊2.1.5IPC的主要產(chǎn)品（了解）

目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)總線式IPC的專業(yè)廠家很多,著名品牌比比皆是,如愛瑞、研華、研祥、凌華、中泰、康泰克、康拓、威達(dá)、華控、浪潮等等.現(xiàn)以深圳研祥工控集團(tuán)研制的PC總線工業(yè)計(jì)算機(jī)產(chǎn)品為例作一說明.

研祥的PC總線工業(yè)計(jì)算機(jī)共有14種系列：工業(yè)計(jì)算機(jī)機(jī)箱,工業(yè)一體化工作站,工業(yè)平板電腦/顯示器,便攜式工業(yè)計(jì)算機(jī),工業(yè)級(jí)CPU卡,工業(yè)級(jí)底板,工業(yè)計(jì)算機(jī)外設(shè),亞當(dāng)（Adam）系列遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)采集與控制模塊,基于ISA總線數(shù)據(jù)采集與控制卡,基于PC總線數(shù)據(jù)采集與控制卡,端子板和附件,工業(yè)通信,應(yīng)用軟件等；每一種系列又有幾種至十幾種規(guī)格型號(hào).以下簡(jiǎn)單介紹公司的幾種產(chǎn)品.1.工業(yè)計(jì)算機(jī)機(jī)箱

研祥的機(jī)箱按帶不帶底板和電源、安裝形式是桌面、壁掛還是上架以及尺寸長(zhǎng)度不一等問題,又可分為二十幾種型號(hào)。圖8為IPC-810/811型號(hào)的14槽上架型計(jì)算機(jī)機(jī)箱。圖8IPC-810/811機(jī)箱

其產(chǎn)品特性為：19’上架型,符合EIARS-310C標(biāo)準(zhǔn),14槽ISA/PCI/PICMG無源底板,提供三個(gè)3.5”和兩個(gè)5.25“磁盤驅(qū)動(dòng)器空間,前面板帶電源開關(guān),CPU復(fù)位按鈕,鍵盤鎖開關(guān),電源開關(guān)LED和HDDLED,防塵帶鎖門保護(hù)控制部件,前后面板均帶鍵盤接口,防止插卡振動(dòng)的防震壓條,支持PS/2規(guī)格電源,尺寸177(高)×482(寬)×452(深)mm,支持ATX母板.2.工業(yè)級(jí)底板

研祥的底板按插槽種類、槽數(shù)多少、電源種類以及配置不同等問題,又可分為三十幾種型號(hào).圖9為IPC-6114P4A型號(hào)的14槽底板.產(chǎn)品規(guī)格為：最大擴(kuò)展槽14,最大分段1,ISA槽9,PCI槽4,PICMG槽1,電源LED±5V,±12V,+3V,可能配置14(1-PCI系統(tǒng)),尺寸(mm)322×300.34圖9IPC-6114P4A14槽底板3.工業(yè)級(jí)主板

研祥的主板按CPU種類、存儲(chǔ)器容量、顯示方式、主板長(zhǎng)短以及I/O接口不同等問題,又可分為十幾種型號(hào).圖10為IPC-586VDNH(GX)主板.圖10IPC-586VDNH(GX)主板4.模擬量輸入模板

研祥的模擬量輸入板卡按模擬量輸入路數(shù)與極性、采樣速率的不同等問題,又可分為十余種型號(hào).圖11為PCI-64AD系列數(shù)據(jù)采集與控制卡圖11

PCI-64AD系列數(shù)據(jù)采集與控制卡2.2可編程邏輯器（PLC）（了解）可編程序控制器（ProgrammableLogicController）簡(jiǎn)稱PLC。它吸收了微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的最新成果，發(fā)展十分迅速。從單機(jī)自動(dòng)化到整條生產(chǎn)線的自動(dòng)化，乃至整個(gè)工廠的生產(chǎn)自動(dòng)化，PLC均擔(dān)當(dāng)著重要角色，PLC的應(yīng)用最普遍，它在工廠自動(dòng)化設(shè)備中占據(jù)第一位。2.2.1可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)上是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下自動(dòng)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，它比一般的計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過程相連接的接口，更直接的適用于控制要求的編程語言和更強(qiáng)的抗干擾能力。盡管在外形上，PLC與普通計(jì)算機(jī)差別較大，但在基本結(jié)構(gòu)上，PLC與微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本相同，也由硬件和軟件兩大部分組成。。

無論是整體式還是模塊式，從硬件結(jié)構(gòu)看，PLC都是由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、I/O接口單元、I/O擴(kuò)展接口及擴(kuò)展部件、外設(shè)接口及外設(shè)和電源等部分組成，各部分之間通過系統(tǒng)總線進(jìn)行連接。對(duì)于整體式PLC，通常將CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口、I/O擴(kuò)展接口、外設(shè)接口以及電源等部分集成在一個(gè)箱體內(nèi)，構(gòu)成PLC的主機(jī)，如圖12所示。對(duì)于模塊式PLC，上述各組成部分均做成各自相互獨(dú)立的模塊，可根據(jù)系統(tǒng)需求，靈活配置?？删幊炭刂破鞯挠布Y(jié)構(gòu)1圖12整體式PLC硬件結(jié)構(gòu)框圖圖13PLCI/O處理示意圖PLC的工作過程⑴系統(tǒng)軟件

PLC的系統(tǒng)軟件一般包括系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序、標(biāo)準(zhǔn)程序庫和編程軟件等。系統(tǒng)軟件是PLC生產(chǎn)廠家編制的，并固化在PLC內(nèi)部ROM或PROM中，隨產(chǎn)品一起提供給用戶。系統(tǒng)軟件的主要功能為：①系統(tǒng)自檢，②時(shí)序控制，③存儲(chǔ)空間（地址）管理，④解釋用戶程序，⑤提供標(biāo)準(zhǔn)程序庫，⑥編程軟件。⑵用戶程序用戶程序指用戶根據(jù)工藝生產(chǎn)過程的控制要求，按照所用PLC規(guī)定的編程語言而編寫的應(yīng)用程序。用戶程序可采用梯形圖語言、指令表語言、功能塊語言、順序功能圖語言和高級(jí)語言等多種方法來編寫，利用編程裝置輸入到PLC的程序存儲(chǔ)器中去?？删幊炭刂破鞯能浖Y(jié)構(gòu)22.2.2可編程控制器的分類與特點(diǎn)PLC生產(chǎn)廠家眾多，產(chǎn)品種類繁雜，而且不同廠家的產(chǎn)品各成系列，難以用一種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分。在實(shí)際應(yīng)用中，通?？砂摧斎?輸出（I/O）點(diǎn)數(shù)（即控制規(guī)模）、處理器功能和硬件結(jié)構(gòu)形式三方面來進(jìn)行分類?？删幊炭刂破鞯姆诸?⑴按I/O點(diǎn)數(shù)劃分根據(jù)PLC能夠處理的I/O點(diǎn)數(shù)來分類，PLC可分為微型、小型、中型、大型4種⑵按處理器功能劃分根據(jù)PLC的處理器功能強(qiáng)弱的不同，可分為低檔、中檔和高檔3個(gè)檔次。通常微型、小型PLC多屬于低檔機(jī)，處理器功能以開關(guān)量為主，具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等基本功能，有一定的擴(kuò)展功能。中型和大型PLC多屬中、高檔機(jī)。中型機(jī)在低檔機(jī)的基礎(chǔ)上，兼有開關(guān)量和模擬量控制，增強(qiáng)I/O處理能力和定時(shí)、計(jì)數(shù)以及數(shù)學(xué)運(yùn)算能力，具有浮點(diǎn)運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換能力和通信網(wǎng)絡(luò)功能。高檔機(jī)在中檔機(jī)的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)I/O處理能力和數(shù)學(xué)運(yùn)算能力，增加數(shù)據(jù)管理功能，網(wǎng)絡(luò)功能更強(qiáng)，可以方便地與其它PLC系統(tǒng)連接，構(gòu)成各種生產(chǎn)控制系統(tǒng)。⑶按硬件結(jié)構(gòu)分根據(jù)PLC的外形和硬件安裝結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，PLC可分為整體式和模塊式兩種。①整體式結(jié)構(gòu)整體式PLC又稱箱體式，它將CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口、外設(shè)接口和電源等都裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)。機(jī)箱的上、下兩側(cè)分別是I/O和電源的連接端子，并有相應(yīng)的發(fā)光二極管顯示I/O、電源、運(yùn)行、編程等狀態(tài)。面板還有編程器/通信口插座、外存儲(chǔ)器插座和擴(kuò)展單元接口插座等。這種結(jié)構(gòu)的PLC的I/O點(diǎn)數(shù)少、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低，適用于單機(jī)設(shè)備的開關(guān)量控制和機(jī)電一體化產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)合。

②模塊式結(jié)構(gòu)模塊式PLC通常把CPU、存儲(chǔ)器、各種I/O接口等均做成各自相互獨(dú)立的模塊，功能單一、品種繁多。模塊既有統(tǒng)一安裝在機(jī)架或母板插座上，插座由總線連接（即有底板或機(jī)架連接），也有直接用扁平電纜或側(cè)連接插座連接（即無底板連接）。這種結(jié)構(gòu)的PLC具有較多的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)，易于擴(kuò)展，系統(tǒng)規(guī)模可根據(jù)要求配置，方便靈活，適用于復(fù)雜生產(chǎn)控制的應(yīng)用場(chǎng)合。⑴可靠性高，適應(yīng)性強(qiáng)⑵功能完善，通用性好⑶安裝方便，擴(kuò)展靈活⑷操作維護(hù)簡(jiǎn)單，施工周期短可編程控制器的特點(diǎn)2●開關(guān)量邏輯控制●運(yùn)動(dòng)控制●閉環(huán)過程控制●數(shù)據(jù)處理●通訊聯(lián)網(wǎng)PLC的應(yīng)用32.2.3可編程控制器的主要產(chǎn)品當(dāng)前PLC的生產(chǎn)廠家眾多，按地域范圍劃分，這些生產(chǎn)廠家主要集中在美國(guó)：如羅克韋爾自動(dòng)化（Rockwell-Automation）、通用電氣（GE）、德州儀器（TI）、哥德（GOULD）和西屋（WESTINGHOUSE）等；歐洲：如西門子（SIEMENS）、莫迪康（MODICON）等；日本：如歐姆龍（OMRON）、三菱（（MITSUBISHI）、日立（HITACHI）、富士（Fuji）和東芝（TOSHIBA）等。美國(guó)PLC技術(shù)與歐洲PLC技術(shù)基本上是各自獨(dú)立開發(fā)而成的，二者間表現(xiàn)出明顯的差異性；日本的PLC技術(shù)是由美國(guó)引進(jìn)的，因此它對(duì)美國(guó)的PLC技術(shù)既有繼承，又有發(fā)展，而且日本產(chǎn)品主要定位在小型PLC上。此外，隨著PLC技術(shù)的日趨完善，越來越多的電子設(shè)備公司也加入到生產(chǎn)PLC的行列中來，如韓國(guó)的LG、三星（SAMSUNG）、中國(guó)臺(tái)灣的臺(tái)達(dá)等，已開始在低端的PLC市場(chǎng)嶄露頭角。

。西門子S7系列PLC產(chǎn)品介紹S7-200微型PLCS7-200LOGO!S7-300S7-400S7-300C中/大型High-endrange/mediumrangeS7-400中/小型Low-endrangeS7-300通用邏輯模塊I/O點(diǎn)數(shù)小于64點(diǎn)I/O點(diǎn)數(shù)在65—128點(diǎn)I/O點(diǎn)數(shù)在129—512點(diǎn)I/O點(diǎn)數(shù)在513—896點(diǎn)I/O點(diǎn)數(shù)在896點(diǎn)以上1S7系列可編程控制器

1)S7-200可編程控制器

DC/DC/DC——24VDC電源/24VDC輸入/24VDC輸出

；14點(diǎn)輸入/10點(diǎn)輸出

AC/DC/繼電器——100～230VAC電源/24VDC輸入/繼電器輸出；●8/16路數(shù)字量輸入（24VDC）；●8路數(shù)字量輸入（AC120V/230V）；●8/4路數(shù)字量輸出（24VDC）；●8/4路數(shù)字量輸出（繼電器-10A）；●8路數(shù)字量輸出（AC120V/230V）；EM221數(shù)字量輸入模塊EM222數(shù)字量輸出模塊2)S7-300可編程控制器

S7-300PLC采用緊湊的、無槽位限制的模板結(jié)構(gòu)。主要組成部分：導(dǎo)軌（RACK）、電源模板（PS）、中央處理單元（CPU）、信號(hào)模板（SM）、模板功能（FM）。還可加上接口模板（IM）和通訊處理器（CP）

S7-300系列PLCCPU結(jié)構(gòu)CPU31x（比如：CPU312,314,315-2DP）●輸入電壓100to240VAC；●輸出電壓24VDC；數(shù)字量輸入模塊數(shù)字量輸出模塊模擬量輸入通道:8模擬量輸入；（0to5V,-10to+10V，0to20mA）熱電偶輸入范圍

E型,J型,K型,N型電阻測(cè)量模擬量輸入點(diǎn)數(shù):4

熱電阻輸入范圍

Ni100,LG-Ni1000,Pt100

電阻輸入范圍

0-150Ω,0-300Ω0-600Ω,0-6000Ω模擬量輸入模塊模擬量輸出通道:2/4/8模擬量輸出

模擬量輸出模塊（-10to+10V，4to20mA）3)S7-400可編程控制器

SIMATICS7-400可編程控制器采用模塊式結(jié)構(gòu)，無風(fēng)扇設(shè)計(jì)?？蓪⒏鞣N模板裝在一個(gè)模板基架上，組成所需要的系統(tǒng)。各種基架都帶有集成的背板總線，用戶安裝只要簡(jiǎn)單地插入模板并用螺釘固定即可。2.3嵌入式系統(tǒng)（了解）嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，且軟硬件可裁減，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。目前的應(yīng)用領(lǐng)域有工業(yè)控制、交通管理、家庭智能管理系統(tǒng)、軍事、機(jī)器人等。嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)設(shè)備:交換機(jī)、路由器,MODEM消費(fèi)電子:手機(jī)、MP3、PDA、可視電話、電視機(jī)頂盒、數(shù)字電視、數(shù)碼照相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、信息家電辦公設(shè)備:打印機(jī)、傳真機(jī)、掃描儀汽車電子:ABS(防死鎖剎車系統(tǒng))、供油噴射控制系統(tǒng)、車載GPS。工業(yè)控制:各種自動(dòng)控制設(shè)備2.3.1嵌入式系統(tǒng)的組成與特點(diǎn)它一般由以下幾部分組成:1.嵌入式微處理器（硬件）2.外圍硬件設(shè)備（硬件）3.嵌入式操作系統(tǒng)（軟件）4.特定的應(yīng)用程序（軟件）

嵌入式系統(tǒng)的硬件基本結(jié)構(gòu)嵌入式處理器1支持實(shí)時(shí)多任務(wù).較短的中斷響應(yīng)時(shí)間存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)較低的功耗分類：★嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit）★嵌入式DSP處理器EDSP(EmbeddedDigitalSignalProcessor)★嵌入式微處理器(EmbeddedMicroprocessorUnit)★嵌入式片上系統(tǒng)SOC(SystemOnChip)★嵌入式微處理器特點(diǎn):1.功能和微處理器基本一樣,是具有32位以上的處理器，具有較高的性能.2.具有體積小,功耗少,成本低,可靠性高的特點(diǎn).3.有的可提供工業(yè)級(jí)應(yīng)用.4.流行的嵌入式微處理器:ARM/Strong(ARM公司)PowerPC(MOTOROL公司)68000(MOTOROL公司)MIPS(MIPS公司)★嵌入式微控制器嵌入式微控制器就是將整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要硬件集成到一塊芯片中,芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM,RAM,總線,總線邏輯,定時(shí)/計(jì)數(shù)器,Watchdog,I/O,串行口等各種必要功能和外設(shè).其特點(diǎn)為:

一個(gè)系列的微控制器具有多種衍生產(chǎn)品;單片化,體積大大減小,功耗和成本降低,可靠性提高;是目前嵌入式工業(yè)的主流,約占嵌入式系統(tǒng)70%的份額;多是8位和16位處理器流行的嵌入式微控制器通用系列:8051,MCS251,MCS-96/196/296半通用系列:支持I2C,CANBUS,LCD及眾多專用MCU和兼容系列★嵌入式DSP處理器嵌入式DSP處理器有兩個(gè)發(fā)展方向：是嵌入式DSP處理器和嵌入式處理器經(jīng)過單片化設(shè)計(jì)，片上增加豐富的外設(shè)成為具有高性能DSP功能的SoC；是在通用微處理器、微控制器或SoC中增加DSP協(xié)處理器，例如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore?！锴度胧狡舷到y(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)了軟硬件無縫結(jié)合，直接在處理器片內(nèi)嵌入操作系統(tǒng)的代碼模塊。外圍設(shè)備2根據(jù)外圍設(shè)備的功能可分為以下3類存儲(chǔ)器外部設(shè)備接口人機(jī)交互接口存儲(chǔ)器是嵌入式系統(tǒng)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序的功能部件，目前常見的存儲(chǔ)設(shè)備按使用的存儲(chǔ)器類型分為：靜態(tài)易失型存儲(chǔ)器（RAM，SRAM）；動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器（DRAM）；非易失性存儲(chǔ)器ROM（ROMEPROM，EEPROM，F(xiàn)LASH）；硬盤、軟盤、CD－ROM等。★存儲(chǔ)器

★外部設(shè)備接口（通信接口）

目前存在的所有計(jì)算機(jī)通信接口在嵌入式領(lǐng)域中都有其廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用最為廣泛的接口設(shè)備包括

RS-232接口（串口UART）

USB接口（通用串行總線接口）

IrDA（InfraRedDataAssociation－紅外線接口）、

SPI（串行外圍設(shè)備接口）、

I2C、CAN總線接口、藍(lán)牙接口（Bluetooth）