常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介課件

第04章常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介主要知識(shí)點(diǎn)4.1

總線式工控機(jī)4.2可編程控制器4.4可編程調(diào)節(jié)器4.3嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)4.5其他控制裝置20:55:49第04章常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介主要知識(shí)點(diǎn)4.1總線式14.1總線式工控機(jī)（IPC）

總線式工控機(jī)，是基于總線技術(shù)和模塊化結(jié)構(gòu)的一種專用于工業(yè)控制的通用性計(jì)算機(jī)，一般稱為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱為工業(yè)控制機(jī)（IndustrialPersonalComputer─IPC

）或工控機(jī)（IPC）。20:55:494.1總線式工控機(jī)（IPC）總線式工控機(jī)，是基于24.1.1IPC結(jié)構(gòu)組成主要知識(shí)點(diǎn)一、IPC的硬件組成二、IPC的軟件組成

20:55:494.1.1IPC結(jié)構(gòu)組成主要知識(shí)點(diǎn)08:56:323IPC概述隨著計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的日益科學(xué)化、合理化和標(biāo)準(zhǔn)化，計(jì)算機(jī)總線概念與模板化結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成且完善起來(lái)。

IPC在硬件上，由計(jì)算機(jī)生產(chǎn)廠家按照某種標(biāo)準(zhǔn)總線，設(shè)計(jì)制造出符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的主機(jī)板及各種I/O模板；設(shè)計(jì)者只要選用相應(yīng)的功能模板，象搭積木似的、靈活地構(gòu)成各種用途的計(jì)算機(jī)控制裝置；而在軟件上，利用熟知的系統(tǒng)軟件和工具軟件，編制或組態(tài)出相應(yīng)的應(yīng)用軟件，就可以非常便捷地完成對(duì)生產(chǎn)流程的集中控制與調(diào)度管理，并進(jìn)一步向綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。20:55:49IPC概述隨著計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的日益科學(xué)化、合理化和標(biāo)44.1.1IPC結(jié)構(gòu)組成圖4-1IPC的硬件組成結(jié)構(gòu)20:55:494.1.1IPC結(jié)構(gòu)組成圖4-1IPC的硬件組成結(jié)構(gòu)5一、IPC的硬件組成IPC的硬件主要由以下內(nèi)容組成：（1）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

作用：進(jìn)行數(shù)值計(jì)算、邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理。20:55:49一、IPC的硬件組成IPC的硬件主要由以下內(nèi)容組成：08:56升技TH7Ⅱ-RAIDP4主板配置圖CD音頻輸入I/O控制芯片CNR插槽AGP插槽北橋芯片i8505個(gè)PCI插槽DIP開(kāi)關(guān)主板電池BIOSFlash芯片南橋芯片ICH2RAID功能芯片前置USB插座板載聲卡芯片前置面板插座主板自檢狀態(tài)軟驅(qū)插座音頻插座鼠標(biāo)鍵盤插座USB接口串口并口ATX12V電源CPUSocket478主板輔助電源RIMMA1RIMMB1RIMMA2RIMMB2ATX電源IDE4插座IDE3插座IDE2插座IDE1插座20:55:49升技TH7Ⅱ-RAIDP4主板配置圖CD音頻輸入音頻插座7（2）內(nèi)部總線和外部總線所謂總線就是在模塊和模塊之間或設(shè)備與設(shè)備之間的一組進(jìn)行互連和傳輸信息的信號(hào)線，信息包括指令、數(shù)據(jù)和地址?？偩€就是一組信號(hào)線的集合，用這個(gè)集合可以組成系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)信息通道，它定義了各引線的信號(hào)、電氣、機(jī)械特性，使計(jì)算機(jī)內(nèi)部各組成部分之間以及不同的計(jì)算機(jī)之間建立信號(hào)聯(lián)系，進(jìn)行信息傳送和通信。20:55:49（2）內(nèi)部總線和外部總線所謂總線就是在模塊和模塊之間或設(shè)備與8內(nèi)部總線

內(nèi)部總線－－指IPC內(nèi)部各個(gè)功能模板之間的信息通路，它是構(gòu)成完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部信息樞紐，也稱系統(tǒng)總線。分類－按功能分?jǐn)?shù)據(jù)總線DB/地址總線AB/控制總線CB/電源總線PB每種型號(hào)的計(jì)算機(jī)都有自身的內(nèi)部總線。

總線結(jié)構(gòu)20:55:49內(nèi)部總線內(nèi)部總線－－指IPC內(nèi)部各個(gè)功能模板之間的信息通路9結(jié)構(gòu)形式－－一塊置于機(jī)箱內(nèi)的無(wú)源底板上的多組并列插槽，各插槽上的同號(hào)引腳是電氣相連的，從而完成插入槽內(nèi)的各功能模板之間的信息傳送。常用總線－－工控領(lǐng)域應(yīng)用最廣的兩種總線是STD總線和PC總線。20:55:49結(jié)構(gòu)形式－－一塊置于機(jī)箱內(nèi)的無(wú)源底板上的多組并列插槽，各插槽10發(fā)展－－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，STD是Standard的縮寫。

1987年，STD總線被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化會(huì)議定名為IEEE961。隨著32位微處理 器的出現(xiàn)，通過(guò)采用附加金手指或系統(tǒng)總統(tǒng)與局部總線轉(zhuǎn)換等技術(shù)， 1989年美國(guó)的EAITECH公司又開(kāi)發(fā)出對(duì)32位微處理器兼容的STD32總線。結(jié)構(gòu)－－全部56根引腳線都有確切的定義。STD總線定義了一個(gè)8位微處理器總線 標(biāo)準(zhǔn)，其中有8根數(shù)據(jù)線、16根地址線、22根控制線和10根電源線，可 以兼容各種通用的8位微處理器，如8080、8085、6800、Z80、NSC800 等。通過(guò)采用周期竊取和總線復(fù)用技術(shù)，還可以定義16根數(shù)據(jù)線、24根 地址線，使STD總線升級(jí)為8位/16位微處理器兼容總線，可以容納16位 微處理器，如8086、68000、80286、80386等。

*STD總線20:55:49發(fā)展－－STD總線是美國(guó)PRO-LOG公司1978年推出的一11數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線用于CPU與其他部件之間傳送信息（數(shù)據(jù)和指令代碼）。具有三態(tài)（高阻、“1”和“0”三種狀態(tài)）控制功能，而且是雙向傳輸?shù)?，即CPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線可以接收來(lái)自其它部件的信息，也可以通過(guò)數(shù)據(jù)總線向其它部件發(fā)送信息。如ISA總線數(shù)據(jù)線是16位，PCI總線是32位或64位。數(shù)據(jù)線的寬度表示了總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰Γ从沉丝偩€的性能。

20:55:49數(shù)據(jù)總線08:56:3212地址總線地址總線用來(lái)傳送CPU要訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元或I/O接口地址信號(hào)。地址信號(hào)一般由CPU發(fā)往其它芯片，屬于單向總線，但也具有三態(tài)控制功能。地址總線的數(shù)據(jù)位數(shù)決定了該總線構(gòu)成的微機(jī)系統(tǒng)的尋址能力。例如，ISA總線有24位地址線，可尋址16MB，PCI總線有32位地址線，可尋址到4GB。地址總線的寬度視CPU所能直接訪問(wèn)的存儲(chǔ)空間的容量而定。20:55:49地址總線08:56:3213控制總線根據(jù)不同的使用條件，控制總線有的為單向，有的為雙向；有的為三態(tài)，有的為非三態(tài)?？刂瓶偩€用于傳送控制信息、時(shí)序信息和狀態(tài)信息。比如，I/O讀寫信號(hào)、存儲(chǔ)器讀寫信號(hào)和中斷信號(hào)等等?？刂瓶偩€是最能體現(xiàn)總線特色的信號(hào)線，它決定總線功能的強(qiáng)弱和適應(yīng)性。20:55:49控制總線08:56:3214外部總線

外部總線是指計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程終端之間、計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備以及測(cè)量?jī)x器儀表之間的信息通路，常稱為通信總線。通信總線的數(shù)據(jù)傳輸方式可以是并行的，也可以是串行的，可分別稱為并行通信總線和串行通信總線。20:55:49外部總線外部總線是指計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)15圖4-15是某型號(hào)個(gè)人計(jì)算機(jī)的外設(shè)接口示意圖

20:55:49圖4-15是某型號(hào)個(gè)人計(jì)算機(jī)的外設(shè)接口示意圖08:56:316電源線與地線電源線與地線為掛在總線上的模塊或設(shè)備提供了電能以及電流通路。電源的區(qū)別在一定程度上也體現(xiàn)了總線標(biāo)準(zhǔn)的特色。例如，ISA采用+12V和+5V，PCI采用+5V和+3V。一般來(lái)說(shuō)，越是先進(jìn)的總線標(biāo)準(zhǔn)，采用的電壓越低。20:55:49電源線與地線08:56:3217采用總線的優(yōu)點(diǎn)：

簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

簡(jiǎn)化了硬件與軟件的設(shè)計(jì)

便于系統(tǒng)的擴(kuò)充與更新

便于組織生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品造價(jià)

可維護(hù)性好

20:55:49采用總線的優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)08:56:3218

總線標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)的含義

對(duì)于總線上的各個(gè)單元如芯片之間、擴(kuò)展卡之間以及系統(tǒng)之間，如果要進(jìn)行正確的連接與傳輸信息，就應(yīng)遵守一些協(xié)議與規(guī)范，這些協(xié)議與規(guī)定就被稱為總線標(biāo)準(zhǔn)。總線標(biāo)準(zhǔn)包括：各個(gè)信號(hào)線的功能定義、總線工作的時(shí)鐘頻率、總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、總線仲裁機(jī)構(gòu)與配置機(jī)構(gòu)、信號(hào)的邏輯電平、時(shí)序要求、電路驅(qū)動(dòng)能力、抗干擾能力、機(jī)械規(guī)范（包括接插件的幾何形狀與尺寸）和實(shí)施總線協(xié)議的驅(qū)動(dòng)與管理程序。20:55:49總線標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)的含義對(duì)于總線上的各個(gè)單元如芯片之間、19常用的總線標(biāo)準(zhǔn)

1）PC總線這里所說(shuō)的PC總線是狹義的。1982年IBM公司在推出其IBMPC/XT個(gè)人計(jì)算機(jī)時(shí)，在其主板上設(shè)計(jì)有5~8個(gè)總線插槽（I/O通道），用于插入各種適配器以擴(kuò)展系統(tǒng)的功能，這就是IBMPC/XT總線，簡(jiǎn)稱PC總線。PC總線共有62條信號(hào)線，用雙列插槽連接，分A面（元件面）和B面。PC總線實(shí)際上是8088CPU核心電路總線的擴(kuò)充與重新驅(qū)動(dòng)。

PC總線共有8條數(shù)據(jù)線、20條地址線（尋址空間為1MB）、總線時(shí)鐘頻率為4MHz、總線最大傳輸速率為4MB/s、最大負(fù)載能力為8個(gè)、采用半同步的工作方式。

20:55:49常用的總線標(biāo)準(zhǔn)1）PC總線08:56:32202）ISA總線ISA（IndustryStandardArchitecture）總線是IBM公司1984年為推出PC/AT機(jī)而建立的系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)，所以也叫AT總線，它是對(duì)XT總線的擴(kuò)展，以適應(yīng)8位或16位數(shù)據(jù)總線要求。它推出后得到廣大計(jì)算機(jī)同行的認(rèn)可，兼容這一標(biāo)準(zhǔn)的微型計(jì)算機(jī)紛紛問(wèn)世，直到現(xiàn)在，許多以Pentium芯片為CPU的計(jì)算機(jī)上仍然有ISA插槽。20:55:492）ISA總線08:56:3221ISA總線的主要特點(diǎn)（1）它有比XT總線更強(qiáng)的支持能力，它支持：1KI/O地址空間（0000H~03FFH）；24位存儲(chǔ)器地址；8位或16位數(shù)據(jù)存??；15級(jí)硬件中斷，7級(jí)DMA通道；產(chǎn)生I/O等待狀態(tài)等。（2）它是一種多主控（MultiMaster）總線，除主CPU外，DMA控制器、DRAM刷新控制器和帶處理器的智能接口控制卡都可以成為ISA總線的主控設(shè)備（但它只支持一個(gè)智能接口控制卡）。（3）可支持8種類型的總線周期：8位或16位的存儲(chǔ)器讀周期；8位或16位的存儲(chǔ)器寫周期；8位或16位的I/O讀周期，8位或16位的I/O寫周期；中斷請(qǐng)求和中斷響應(yīng)周期；DMA周期；存儲(chǔ)器刷新周期；總線仲裁周期。20:55:49ISA總線的主要特點(diǎn)08:56:32223）PCI總線

PCI（PeripheralComponentInterconnect）是計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備互連的意思。1992年由Intel發(fā)布，很快就成為了商用計(jì)算機(jī)的總線標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)展至今，PCI實(shí)際上已經(jīng)不是一個(gè)簡(jiǎn)單的總線標(biāo)準(zhǔn)，而是一類標(biāo)準(zhǔn)。例如，從使用的電源電壓來(lái)分，就有5V和3.3V兩個(gè)版本；從總線時(shí)鐘頻率來(lái)分可以有33.3MHz和66MHz兩種；從總線的寬度來(lái)分可以有32位和64位兩種。20:55:493）PCI總線08:56:3223歸納起來(lái)，PCI總線具有以下特點(diǎn)：

（1）總線傳輸速率高最大允許64位并行數(shù)據(jù)傳送，采用地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用方式，若總線時(shí)鐘頻率為33.3MHz，總線寬度為32位，則傳輸速率為133MB/s；若總線時(shí)鐘頻率為66MHz，總線寬度為64位，則傳輸速率為528MB/s。如此之高的傳輸速率是其它總線難以比擬的，它大大地緩解了數(shù)據(jù)I/O瓶頸，使高性能CPU得以充分發(fā)揮作用，并滿足了高速設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?。?）不受處理器限制PCI總線通過(guò)CPU局部總線到PCI總線之間的橋接器形成了一種獨(dú)特的中間緩沖器設(shè)計(jì)方式，它將中央處理器子系統(tǒng)與外圍設(shè)備分開(kāi)，使PCI總線具有獨(dú)立于處理器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，在中央處理總線上增加更多的設(shè)備或部件會(huì)降低系統(tǒng)的性能和可靠程度。而有了緩沖器的設(shè)計(jì)方式，用戶可隨意增添外圍設(shè)備，以擴(kuò)展電腦系統(tǒng)而不必?fù)?dān)心在不同時(shí)鐘頻率下會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能的降低。20:55:49歸納起來(lái)，PCI總線具有以下特點(diǎn)：08:56:3224（3）兼容性強(qiáng)微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)均通過(guò)PCI/ISA總線橋?qū)崿F(xiàn)PCI總線與ISA、VESA及MCA總線的完全兼容，保證了通用的ISA總線技術(shù)到高性能PCI總線的平穩(wěn)過(guò)渡，這正是PCI總線的生命力所在。并實(shí)現(xiàn)不同總線之間的隔離。如當(dāng)CPU通過(guò)局部總線從Cache中存取數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，PCI總線可同時(shí)對(duì)DRAM進(jìn)行讀寫操作，而ISA總線則可進(jìn)行I/O操作。（4）自動(dòng)配置功能PCI總線標(biāo)準(zhǔn)為PCI接口提供了一套完整的自動(dòng)配置功能，使PCI接口所需要的各種硬件資源如中斷、內(nèi)存、I/O地址等通過(guò)即插即用的BIOS在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行自動(dòng)配置，達(dá)到對(duì)計(jì)算機(jī)資源的優(yōu)化使用和合理配置，從而使PCI接口達(dá)到真正的即插即用（(PnP)目的，使接口的設(shè)計(jì)和應(yīng)用更加簡(jiǎn)單容易。PCI插槽ISA插槽20:55:49（3）兼容性強(qiáng)PCI插槽ISA插槽08:56:3225PCI總線I/O卡-常用的數(shù)據(jù)采集卡1．)模擬量輸入卡（A/D卡）

在工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中，輸入信號(hào)往往是模擬量，這就需要一個(gè)裝置把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，各種A/D芯片就是用來(lái)完成此類轉(zhuǎn)換的。在實(shí)際的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，不是以A/D芯片為基本單元，而是制成商品化的A/D板卡。模擬量輸入板卡根據(jù)使用的A/D轉(zhuǎn)換芯片和總線結(jié)構(gòu)不同，性能有很大的區(qū)別。板卡通常有單端輸入、差分輸入以及兩種方式組合輸入三種。板卡內(nèi)部通常設(shè)置一定的采樣緩沖器，對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖處理，緩沖器的大小也是板卡的性能指標(biāo)之一。在抗干擾方面，A/D板卡通常采取光電隔離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離。板卡模擬信號(hào)采集的精度和速度指標(biāo)通常由板卡所采用的A/D轉(zhuǎn)換芯片決定。

20:55:49PCI總線I/O卡-常用的數(shù)據(jù)采集卡1．)模擬量輸入卡（A/26例如，下圖所示為研華PCI-1713模擬量輸入卡。該板卡具有32路單端或16路差分模擬量輸入，或組合輸入方式，12位A/D轉(zhuǎn)換分辨率，A/D轉(zhuǎn)換器的采樣速率可達(dá)100kHz，每個(gè)輸入通道的增益可編程，卡上有4K采樣FIFO緩沖器，2500VDC隔離保護(hù)，支持軟件、內(nèi)部定時(shí)器觸發(fā)或外部觸發(fā)。

20:55:49例如，下圖所示為研華PCI-1713模擬量輸入卡。該板卡具有272．）模擬量輸出卡（D/A卡）

計(jì)算機(jī)內(nèi)部處理采用的是數(shù)字量，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用的是模擬量。計(jì)算機(jī)通過(guò)D/A板卡將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量，從而通過(guò)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作去控制生產(chǎn)工藝過(guò)程。

D/A轉(zhuǎn)換板卡同樣依據(jù)其采用的D/A轉(zhuǎn)換芯片的不同，轉(zhuǎn)換性能指標(biāo)有很大的差別。

20:55:492．）模擬量輸出卡（D/A卡）計(jì)算機(jī)內(nèi)部處理采用的是數(shù)字量28例如，下圖所示為研華PCI-1720U模擬量輸出卡。該板卡具有四路12位D/A輸出通道，多種輸出范圍。由于能夠在輸出和PCI總線之間提供2500VDC的隔離保護(hù)，PCI-1720非常適合需要高電壓保護(hù)的工業(yè)場(chǎng)合。

20:55:49例如，下圖所示為研華PCI-1720U模擬量輸出卡。該板卡具293．）數(shù)字量輸入/輸出卡（I/O卡）

計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)通過(guò)數(shù)字量輸入板卡采集工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的離散輸入信號(hào)，并通過(guò)數(shù)字量輸出板卡對(duì)生產(chǎn)過(guò)程或控制設(shè)備進(jìn)行開(kāi)關(guān)式控制（二位式控制）。將數(shù)字量輸入和數(shù)字量輸出功能集成在一塊板卡上，就稱為數(shù)字量輸入/輸出板卡，簡(jiǎn)稱I/O板卡。

20:55:493．）數(shù)字量輸入/輸出卡（I/O卡）計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)通過(guò)數(shù)字30例如，下圖所示為研華PCI-1730數(shù)字量輸入/輸出卡，它提供了16路數(shù)字量輸入和16路數(shù)字量輸出，高輸出驅(qū)動(dòng)能力和中斷能力，具有2500VDC高電壓隔離I/O通道。20:55:49例如，下圖所示為研華PCI-1730數(shù)字量輸入/輸出卡，它提314．）脈沖量輸入/輸出板卡

工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)有許多高速的脈沖信號(hào)，如旋轉(zhuǎn)編碼器、流量檢測(cè)信號(hào)等，這些都要用脈沖量輸入板卡或一些專用測(cè)量模塊進(jìn)行測(cè)量。脈沖量輸入/輸出板卡可以實(shí)現(xiàn)脈沖數(shù)字量的輸出和采集，并可以通過(guò)跳線器選擇計(jì)數(shù)、定時(shí)、測(cè)頻等不同工作方式，計(jì)算機(jī)可以通過(guò)該板卡方便地讀取脈沖計(jì)數(shù)值，也可測(cè)量脈沖的頻率或產(chǎn)生一定頻率的脈沖?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)電的干擾，該類型板卡多采用光電隔離技術(shù)，使計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)之間全部隔離，來(lái)提高板卡測(cè)量的抗干擾能力。20:55:494．）脈沖量輸入/輸出板卡工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)有許多高速的脈沖信號(hào)32例如，下圖所示的研華PCI-1780U計(jì)數(shù)器/定時(shí)器卡，是基于PCI總線設(shè)計(jì)的接口卡。該卡使用了AM9513芯片，能夠通過(guò)CPLD實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器/定時(shí)器功能。此外，該卡還提供8個(gè)16位計(jì)數(shù)器通道，并具有8通道可編程時(shí)鐘資源，8路TTL數(shù)字量輸出/8路TTL數(shù)字量輸入，最高輸入頻率達(dá)20MHz，有多種時(shí)鐘可以選擇，可編程計(jì)數(shù)器輸出，同時(shí)有計(jì)數(shù)器門選通功能。

20:55:49例如，下圖所示的研華PCI-1780U計(jì)數(shù)器/定時(shí)器卡，是基33板卡安裝關(guān)閉計(jì)算機(jī)電源，打開(kāi)機(jī)箱，將PCI板卡正確地插到一空閑的PCI插槽中，如圖所示，檢查無(wú)誤后合上機(jī)箱。

圖6-8PCI-1710HG板卡安裝板卡安裝圖6-8PCI-1710HG板卡安裝34用PCI-1710HG板卡構(gòu)成的控制系統(tǒng)框圖如圖6-6所示。

用PCI-1710HG板卡構(gòu)成的控制系統(tǒng)框圖如圖6-6所示。35測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟36二、IPC的軟件組成

1．系統(tǒng)軟件－用來(lái)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)、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系統(tǒng)軟件。2.工具軟件－技術(shù)人員從事軟件開(kāi)發(fā)工作的輔助軟件，包括匯編語(yǔ)言、高級(jí) 語(yǔ)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。3．應(yīng)用軟件－系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員針對(duì)某個(gè)生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)時(shí)編制的控制和管理程序， 往往涉及應(yīng)用領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)。它包括過(guò)程輸入程序、過(guò)程控 制程序、過(guò)程輸出程序、人一機(jī)接口程序、打印顯示程序和控 制程序等。20:55:49二、IPC的軟件組成1．系統(tǒng)軟件－用來(lái)管理IPC的資源，并37總結(jié)：IPC功能特點(diǎn)1.可靠性和可維修性好2．通用性和擴(kuò)展性好3．軟件豐富編程趨向組態(tài)

4．控制實(shí)時(shí)性強(qiáng)5．精度和速度適當(dāng)20:55:49總結(jié)：IPC功能特點(diǎn)1.可靠性和可維修性好08:56:32384.2

可編程控制器(PLC)

可編程邏輯控制器，簡(jiǎn)稱可編程控制器PLC，是計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電邏輯控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，其低端為常規(guī)繼電邏輯控制的替代裝置，而高端為一種高性能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。鏈接動(dòng)畫20:55:494.2可編程控制器(PLC)可編程邏輯控制器，簡(jiǎn)394.2.1概述4.2.2PLC的硬件組成4.2.3PLC的軟件系統(tǒng)4.2.4PLC的工作過(guò)程4.2.5建立PLC與計(jì)算機(jī)的連接

4.2.1概述404.2.1概述

PLC在早期是一種開(kāi)關(guān)邏輯控制裝置，被稱為可編程序邏輯控制器(ProgrammableLogicController)，簡(jiǎn)稱PLC。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，PLC采用微處理器作為其控制核心，它的功能已不再局限于邏輯控制的范疇。因此，1980年美國(guó)電氣制造協(xié)會(huì)(NEMA)將其命名為ProgrammableController(PC)，但為避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(PersonalComputer)的簡(jiǎn)稱PC混淆，習(xí)慣上仍將其稱為PLC。4.2.1概述PLC在早期是一種開(kāi)關(guān)邏輯控制裝411.PLC的定義

國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）于1982年11月1985年1月對(duì)可編程序控制器作了如下的定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的命令，并通過(guò)數(shù)字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計(jì)”。1.PLC的定義國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）42PLC的定義

PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)控制裝置。PLC的定義PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系43PLC的基本組成PLC主要由CPU模塊、輸入/輸出模塊、電源模塊和外部設(shè)備組成PLC的基本組成PLC主要由CPU模塊、輸入/輸出模塊、電源整體式組合式

PLC的基本分類小型機(jī)常采用整體式中、大型機(jī)常采用組合式4.2.2認(rèn)知PLC的硬件組成整體式組合式PLC的基本分類小型機(jī)常采用整體45輸出設(shè)備輸入設(shè)備

I/O擴(kuò)展單元

特殊功能單元主機(jī)輸出單元輸入單元

電源外設(shè)接口I/O擴(kuò)展口存儲(chǔ)器

系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器

CPU

用戶程序存儲(chǔ)器盒式磁帶機(jī)打印機(jī)EPROM寫入器

上位計(jì)算機(jī)

PLC編程器可編程終端PT…

整體式PLC的基本組成框圖輸出設(shè)備輸入設(shè)備I/O擴(kuò)展特殊功能單元主機(jī)輸出單46

組合式PLC的基本組成框圖系統(tǒng)總線通信單元控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程CPU單元輸出單元編程器PLC或上位計(jì)算機(jī)……智能I/O單元輸入單元組合式PLC的基本組成框圖系統(tǒng)總線通信單元47★輸入并存儲(chǔ)用戶程序、顯示輸入內(nèi)容和地址；

CPU指揮PLC完成各種預(yù)定的功能★檢查、校驗(yàn)用戶程序，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤即報(bào)警；★執(zhí)行用戶程序、驅(qū)動(dòng)外部輸出設(shè)備動(dòng)作；★診斷故障、記憶故障信息并報(bào)警。1.2.1CPU單元★輸入并存儲(chǔ)用戶程序、顯示輸入內(nèi)容和地址；CPU48CPU的種類PLC中所采用的CPU通常有三種：（1）通用處理器：8086、80286、80386（2）單片機(jī)芯片：8031、8096（3）位片式微處理器：AMD-2900小型PLC多采用8位微處理器或單片機(jī)作為CPU中型PLC多采用16位微處理器或單片機(jī)作為CPU大型PLC多采用高速位片式微處理器CPU的種類PLC中所采用的CPU通常有三種：49系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器——存儲(chǔ)系統(tǒng)系統(tǒng)程序用戶程序存儲(chǔ)器——存儲(chǔ)系統(tǒng)用戶程序工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器——存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù)

2.存儲(chǔ)器系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器——存儲(chǔ)系統(tǒng)系統(tǒng)程序用戶程序存儲(chǔ)器——存儲(chǔ)50RAM：存儲(chǔ)各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、用戶正調(diào)試的程序。ROM：存放監(jiān)控程序和用戶已調(diào)試好的程序。

存儲(chǔ)器RAM：存儲(chǔ)各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、用戶正調(diào)存儲(chǔ)器51

PLC與外部設(shè)備聯(lián)系的橋梁開(kāi)關(guān)量輸入單元開(kāi)關(guān)量輸出單元直流輸入單元交流輸入單元晶體管輸出單元晶閘管輸出單元繼電器輸出單元1.2.2.I/O單元PLC與外部設(shè)備聯(lián)系的橋梁開(kāi)關(guān)量輸52

輸入、輸出接口：采用光電隔離，實(shí)現(xiàn)了PLC的內(nèi)部電路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾。輸出接口作用：將主機(jī)向外輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行電路的信號(hào)，以便控制接觸器線圈等電器通斷電；另外輸出電路也使計(jì)算機(jī)與外部強(qiáng)電隔離。輸出三種形式：繼電器--低速大功率 可控硅--高速大功率 晶體管--高速小功率輸入接口作用：將按鈕、行程開(kāi)關(guān)或傳感器等產(chǎn)生的信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入主機(jī)。輸入、輸出接口：采用光電隔離，實(shí)現(xiàn)了PLC的內(nèi)部電路與外部53直流輸入電路M+5VLEDSR3R1AR2C→→T

內(nèi)部電路濾波→→→→光電耦合

外部開(kāi)關(guān)輸入點(diǎn)的狀態(tài)顯示

輸入點(diǎn)公共端直流輸入電路M+5VLEDSR3R1AR2C→T內(nèi)54交流輸入電路LED+5VA→→R2～MSCR1內(nèi)部電路R3濾波→→→→光電耦合

輸入點(diǎn)的狀態(tài)顯示

外部開(kāi)關(guān)輸入點(diǎn)交流輸入電路LED+5VA→R2～MSCR1內(nèi)部電55繼電器輸出（2）輸出接口電路：以繼電器形式為例：PLC內(nèi)部電路內(nèi)部電路K+交流電源或直流電源QL+-繼電器輸出（2）輸出接口電路：以繼電器形式為例：PLC內(nèi)內(nèi)K56晶體管輸出電路T2LED→→DFU+5V內(nèi)部電路T1R1R2R3負(fù)載→→光電耦合

輸出點(diǎn)的狀態(tài)顯示

公共端輸出點(diǎn)晶體管輸出電路T2LED→DFU+5V內(nèi)部電路T1R57晶閘管輸出電路LEDR2

C→→

TFU～內(nèi)部電路R1負(fù)載→→光電耦合

輸出點(diǎn)的狀態(tài)顯示

公共端輸出點(diǎn)晶閘管輸出電路LEDR2C→TFU～內(nèi)部電路R158繼電器輸出電路LED

K～

R內(nèi)部電路→→負(fù)載輸出點(diǎn)的狀態(tài)顯示

繼電器

機(jī)械觸點(diǎn)

公共端輸出點(diǎn)繼電器輸出電路LEDK～R內(nèi)部電路→負(fù)載輸出點(diǎn)59

PLC由開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源為內(nèi)部電路供電抗干擾性能好有的PLC能向外部提供24V的直流電源可作為輸入單元連接的外部設(shè)備的電源開(kāi)關(guān)電源輸入電壓范圍寬體積小重量輕效率高

3.

電源單元PLC由開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源為內(nèi)部電路供電抗干擾性能好有的PL60電源單元把外部供應(yīng)的電源變換成系統(tǒng)內(nèi)部各單元所需的電源。有的電源單元還向外提供24v隔離直流電源，可供開(kāi)關(guān)量輸入單元連接的現(xiàn)場(chǎng)無(wú)源開(kāi)關(guān)等使用。

電源單元把外部供應(yīng)的電源變換成系統(tǒng)內(nèi)部各單元所需的電源。61PLC的供電PLC的供電62

各種接口、高功能模塊：便于擴(kuò)展

小型機(jī)：一體機(jī)。有接口可擴(kuò)展。

各種接口、高功能模塊：便于擴(kuò)展63PowerinaSmallPackage!!電源模塊CPU模塊IO模塊底板中、大型機(jī)：模塊式。可根據(jù)需要在主板上隨意組合。PowerinaSmallPackage!!電源模塊64PLC的外部設(shè)備主要有：編程設(shè)備觸摸屏操作面板文本顯示器打印機(jī)等

4.外部設(shè)備PLC的外部設(shè)備主要有：4.外部設(shè)備65

編程設(shè)備PCFPPROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREAD

OTL

WLORR

WRANY

WYSTX

WXSRC

(-)OP(BIN)K/HSCCTC

EVTMT

SVACLRENTBAFEDC

98

3

2

1

0

7

6

5

4(DELT)CLR編程設(shè)備PC(HELP)WRTFN/PSTKNOTREAD66編程器是對(duì)PLC進(jìn)行操作的工具專用編程器在裝有專用編程軟件的計(jì)算機(jī)上編程簡(jiǎn)易編程器直插式、便攜式計(jì)算機(jī)輔助編程圖形編程器

編程工具編程器是對(duì)PLC進(jìn)行操作的工具專用編程器6720:55:49S7200：（STEP-7MICRO/WIN入門）S7300：（STEP7）08:56:32S7200：（STEP-7MICRO/WI684.2.3PLC的軟件系統(tǒng)1.系統(tǒng)程序

系統(tǒng)程序是由PLC的制造者采用匯編語(yǔ)言編寫的，固化于ROM型系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器中，用于控制PLC本身的運(yùn)行，用戶不能更改。系統(tǒng)程序分為：系統(tǒng)管理程序用戶指令解釋程序標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用程序

4.2.3PLC的軟件系統(tǒng)1.系統(tǒng)程序69PLC的軟件系統(tǒng)2.用戶程序用戶程序又稱為應(yīng)用程序，是用戶為完成某一控制任務(wù)而利用PLC的編程語(yǔ)言編制的程序。用戶程序是線性地存儲(chǔ)在系統(tǒng)程序制定的存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)。1．用戶環(huán)境用戶環(huán)境是由系統(tǒng)程序生成的，它包括用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、用戶元件區(qū)、用戶程序存儲(chǔ)區(qū)、用戶參數(shù)、文件存儲(chǔ)區(qū)等。2．用戶程序結(jié)構(gòu)用戶程序結(jié)構(gòu)大致可以分為三種：（1）線性程序（2）分塊程序（3）結(jié)構(gòu)化程序3．用戶程序語(yǔ)言PLC的編程語(yǔ)言有多種，其中梯形圖、語(yǔ)句表、功能塊圖是三種基本語(yǔ)言。

PLC的軟件系統(tǒng)2.用戶程序701.4PLC的工作過(guò)程PLC的循環(huán)掃描工作過(guò)程

接線程序控制與存儲(chǔ)程序控制

1.4PLC的工作過(guò)程PLC的循環(huán)掃描工作過(guò)程接線程714.接線程序控制與存儲(chǔ)程序控制

繼電接觸器控制系統(tǒng)，又稱為接線程序控制系統(tǒng)，是通過(guò)電器元器件的固定接線來(lái)實(shí)現(xiàn)控制邏輯，完成控制任務(wù)的。4.接線程序控制與存儲(chǔ)程序控制繼電接觸器控制系統(tǒng)，又稱為接72接線程序控制與存儲(chǔ)程序控制在PLC控制系統(tǒng)中，用戶根據(jù)控制要求編制出相應(yīng)的控制程序，并寫入PLC的程序存儲(chǔ)器中。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，PLC將程序執(zhí)行結(jié)果輸出給相應(yīng)的輸出設(shè)備，控制被控對(duì)象工作。這種控制稱為存儲(chǔ)程序控制。接線程序控制與存儲(chǔ)程序控制在PLC控制系統(tǒng)中，731.4.2

PLC的循環(huán)掃描工作過(guò)程掃描工作分為5個(gè)階段公共處理階段程序執(zhí)行階段掃描周期計(jì)算階段

I/O刷新階段外設(shè)端口處理階段1.4.2PLC的循環(huán)掃描工作過(guò)程掃描工74

PLC的循環(huán)掃描工作過(guò)程

掃描工作一般分為：讀輸入、執(zhí)行程序、處理通信請(qǐng)求、自診斷檢查和寫輸出等過(guò)程，CPU反復(fù)不停地分階段處理上述各種不同的任務(wù)，這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為循環(huán)掃描。執(zhí)行用戶程序只是掃描周期的一個(gè)組成部分，用戶程序不運(yùn)行時(shí)，PLC也在掃描，只不過(guò)在一個(gè)周期中去除了執(zhí)行用戶程序和讀輸入、寫輸出的內(nèi)容。

PLC最主要的工作方式是循環(huán)掃描（周期掃描）

PLC在運(yùn)行工作狀態(tài)，執(zhí)行如上所述的一次掃描操作所需的時(shí)間稱為掃描周期，其典型值為1～100ms。掃描周期與用戶程序的長(zhǎng)短、指令的種類和CPU的運(yùn)算速度有很大的關(guān)系。用戶程序較長(zhǎng)時(shí)，指令執(zhí)行的時(shí)間在掃描周期中占相當(dāng)大的比例。PLC的循環(huán)掃描工作過(guò)程掃描工作一般分為：75設(shè)置各異常繼電器異常：(ERR/ALM)LED燈亮警告：(ERR/ALM)LED閃爍異?；蚓?？無(wú)有異常檢查結(jié)果正常？掃描周期監(jiān)視時(shí)間預(yù)置執(zhí)行用戶程序程序結(jié)束？(END命令？)NoYes掃描周期固定值設(shè)定檢查有固定值設(shè)置？等待設(shè)定掃描周期到計(jì)算掃描周期

I/O

刷新正常異常警告接通電源初始化I/O外設(shè)端口服務(wù)初始化I/O、內(nèi)部輔助、特殊輔助、輔助記憶繼電器區(qū)域清零定時(shí)器預(yù)置識(shí)別擴(kuò)展單元公共處理執(zhí)行用戶程序掃描周期計(jì)算處理刷新硬件、用戶程序內(nèi)存檢查外設(shè)端口服務(wù)循環(huán)掃描工作流程PLC接通電源

初始化硬件檢查正常？異常報(bào)警異常處理掃描周期監(jiān)視執(zhí)行用戶程序程序結(jié)束？掃描周期檢查有固定設(shè)置？等待掃描周期計(jì)算

I/O刷新外設(shè)端口服務(wù)異常

公共處理

執(zhí)行用戶程序掃描周期計(jì)算刷新端口服務(wù)設(shè)置各異常繼電器異常：(ERR/ALM)LED燈亮警告：(E76

(1)PLC掃描工作各環(huán)節(jié)的功能①PLC上電后，首先檢查硬件是否正常。②按自上而下的順序，逐條讀用戶程序并執(zhí)行。對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將結(jié)果存入元件映象寄存器。③計(jì)算掃描周期。若正常，則進(jìn)行下一步；若不正常，則報(bào)警并作處理。母線④I/O刷新階段。⑤外設(shè)端口服務(wù)。讀輸入點(diǎn)的狀態(tài)并寫入輸入映像寄存器。將元件映像寄存器的狀態(tài)經(jīng)輸出鎖存器、輸出電路送到輸出點(diǎn)。訪問(wèn)外設(shè)端口連接的外部設(shè)備。(1)PLC掃描工作各環(huán)節(jié)的功能①PLC上77讀讀讀寫寫執(zhí)行用戶程序