課題五計(jì)算機(jī)控制和接口

1、課題五課題五 學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制接口技術(shù)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制接口技術(shù) 學(xué)習(xí)任務(wù)一學(xué)習(xí)任務(wù)一 了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 學(xué)習(xí)任務(wù)二學(xué)習(xí)任務(wù)二 學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口 學(xué)習(xí)任務(wù)三學(xué)習(xí)任務(wù)三 了解工業(yè)常用控制計(jì)算機(jī)了解工業(yè)常用控制計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)任務(wù)一學(xué)習(xí)任務(wù)一 了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成 將模擬式自動(dòng)控制系統(tǒng)中的控制器的功能用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)，就組成將模擬式自動(dòng)控制系統(tǒng)中的控制器的功能用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)，就組成了一個(gè)典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，了一個(gè)典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，如圖如圖5-4所示所示。因此，簡單地說，計(jì)。因此，簡單地說，計(jì)算

2、機(jī)控制系統(tǒng)就是采用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)。算機(jī)控制系統(tǒng)就是采用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)中引入計(jì)算機(jī)，可以充分利用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算、邏輯判斷和在控制系統(tǒng)中引入計(jì)算機(jī)，可以充分利用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算、邏輯判斷和記憶等記憶等功能完成多種控制任務(wù)。在系統(tǒng)中，由于計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字信號，功能完成多種控制任務(wù)。在系統(tǒng)中，由于計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字信號，因而給定值和反饋量要先經(jīng)過因而給定值和反饋量要先經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，才能輸轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，才能輸入計(jì)算機(jī)。入計(jì)算機(jī)。上一頁 下一頁返回學(xué)習(xí)任務(wù)一學(xué)習(xí)任務(wù)一 了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)計(jì)算機(jī)接收了給定量和反饋量后，

3、依照偏差值，按某種控制規(guī)律進(jìn)當(dāng)計(jì)算機(jī)接收了給定量和反饋量后，依照偏差值，按某種控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算行運(yùn)算(如如PID運(yùn)算運(yùn)算)，計(jì)算結(jié)果，計(jì)算結(jié)果(數(shù)字信號數(shù)字信號)再經(jīng)過再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬控制信號輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，便完成了對系統(tǒng)的控制作信號轉(zhuǎn)換成模擬控制信號輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，便完成了對系統(tǒng)的控制作用。用。典型的機(jī)電一體化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可用典型的機(jī)電一體化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可用圖圖5-5來示意，它可分為硬件和來示意，它可分為硬件和軟件兩大部分。硬件是指計(jì)算機(jī)本身及其外圍設(shè)備，一般包括中央處軟件兩大部分。硬件是指計(jì)算機(jī)本身及其外圍設(shè)備，一般包括中央處理器、內(nèi)存儲器、磁盤驅(qū)動(dòng)器

4、、各種接理器、內(nèi)存儲器、磁盤驅(qū)動(dòng)器、各種接u電路、以電路、以A/D轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為核心的模擬量為核心的模擬量I/O通道、數(shù)字量通道、數(shù)字量I/O通道以及各種顯示、記錄設(shè)備、通道以及各種顯示、記錄設(shè)備、運(yùn)行操作臺等。運(yùn)行操作臺等。上一頁 下一頁返回學(xué)習(xí)任務(wù)一學(xué)習(xí)任務(wù)一 了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) (1)計(jì)算機(jī)硬件的主要組成計(jì)算機(jī)硬件的主要組成 由中央處理器、時(shí)鐘電路、內(nèi)存儲器構(gòu)成的計(jì)算機(jī)主機(jī)是組成計(jì)由中央處理器、時(shí)鐘電路、內(nèi)存儲器構(gòu)成的計(jì)算機(jī)主機(jī)是組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的核心部件，主要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷、算機(jī)控制系統(tǒng)的核心部件，主要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷

5、、控制量計(jì)算、越限報(bào)警等，通過接口電路向系統(tǒng)發(fā)出各種控制命令，控制量計(jì)算、越限報(bào)警等，通過接口電路向系統(tǒng)發(fā)出各種控制命令，指揮全系統(tǒng)有條不紊地協(xié)調(diào)工作。指揮全系統(tǒng)有條不紊地協(xié)調(diào)工作。操作臺是人一機(jī)對話的聯(lián)系紐帶，操作人員可通過操作臺向計(jì)算機(jī)操作臺是人一機(jī)對話的聯(lián)系紐帶，操作人員可通過操作臺向計(jì)算機(jī)輸入和修改控制參數(shù)，發(fā)出各種操作命令輸入和修改控制參數(shù)，發(fā)出各種操作命令;計(jì)算機(jī)可向操作人員顯示計(jì)算機(jī)可向操作人員顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀況，發(fā)出報(bào)警信號。操作臺一般包括各種控制開關(guān)、數(shù)字系統(tǒng)運(yùn)行狀況，發(fā)出報(bào)警信號。操作臺一般包括各種控制開關(guān)、數(shù)字鍵、功能鍵、指示燈、聲訊器、數(shù)字顯示器或鍵、功能鍵、指示燈、聲訊

6、器、數(shù)字顯示器或CRT顯示器等。顯示器等。上一頁 下一頁返回學(xué)習(xí)任務(wù)一學(xué)習(xí)任務(wù)一 了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通用外圍設(shè)備主要是為了擴(kuò)大計(jì)算機(jī)主機(jī)的功能而配置的。通用外圍設(shè)備主要是為了擴(kuò)大計(jì)算機(jī)主機(jī)的功能而配置的。I/O與與I/O通道是計(jì)算機(jī)主機(jī)與外部連接的橋梁，常用的通道是計(jì)算機(jī)主機(jī)與外部連接的橋梁，常用的I/O接口有接口有并行接口和串行接口并行接口和串行接口 。I/O通道有模擬量通道有模擬量I/O通道和數(shù)字量通道和數(shù)字量I/O通道。通道。傳感器的主要功能是將被檢測的非電學(xué)量參數(shù)轉(zhuǎn)變成電學(xué)量，如熱傳感器的主要功能是將被檢測的非電學(xué)量參數(shù)轉(zhuǎn)變成電學(xué)量，如熱電偶把溫度變成電壓信號，壓力傳

7、感器把壓力變成電信號等。變送器電偶把溫度變成電壓信號，壓力傳感器把壓力變成電信號等。變送器的作用是將傳感器得到的電信號轉(zhuǎn)變成適用于計(jì)算機(jī)接口使用的標(biāo)準(zhǔn)的作用是將傳感器得到的電信號轉(zhuǎn)變成適用于計(jì)算機(jī)接口使用的標(biāo)準(zhǔn)的電信號的電信號(如如010 mADC)。 此外，為了控制生產(chǎn)過程，還需有執(zhí)行機(jī)構(gòu)。常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有各此外，為了控制生產(chǎn)過程，還需有執(zhí)行機(jī)構(gòu)。常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有各種電動(dòng)、液動(dòng)、氣動(dòng)開關(guān)，電液伺服閥，交、直流電動(dòng)機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)種電動(dòng)、液動(dòng)、氣動(dòng)開關(guān)，電液伺服閥，交、直流電動(dòng)機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。機(jī)等。上一頁 下一頁返回學(xué)習(xí)任務(wù)一學(xué)習(xí)任務(wù)一 了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) (2)計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算

8、機(jī)軟件軟件是指計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中具有各種功能的計(jì)算機(jī)程序的總和，如完軟件是指計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中具有各種功能的計(jì)算機(jī)程序的總和，如完成操作、監(jiān)控、管理、控制、計(jì)算和自診斷等功能的程序。整個(gè)系統(tǒng)成操作、監(jiān)控、管理、控制、計(jì)算和自診斷等功能的程序。整個(gè)系統(tǒng)在軟件指揮下協(xié)調(diào)工作。從功能區(qū)分，軟件可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟在軟件指揮下協(xié)調(diào)工作。從功能區(qū)分，軟件可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。件。 系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件是由計(jì)算機(jī)的制造廠商提供的，用來管理計(jì)算機(jī)本身的資源系統(tǒng)軟件是由計(jì)算機(jī)的制造廠商提供的，用來管理計(jì)算機(jī)本身的資源和方便用戶使用計(jì)算機(jī)的軟件。和方便用戶使用計(jì)算機(jī)的軟件。上一頁 下一頁返回學(xué)習(xí)任務(wù)一

9、學(xué)習(xí)任務(wù)一 了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件。應(yīng)用軟件。應(yīng)用軟件是用戶根據(jù)要解決的控制問題而編寫的各種程序，比如各種應(yīng)用軟件是用戶根據(jù)要解決的控制問題而編寫的各種程序，比如各種數(shù)據(jù)采集、濾波程序、控制量計(jì)算程序、生產(chǎn)過程監(jiān)控程序等。通常數(shù)據(jù)采集、濾波程序、控制量計(jì)算程序、生產(chǎn)過程監(jiān)控程序等。通常是由用戶或者用戶委托專業(yè)人員根據(jù)需要自行編制的。是由用戶或者用戶委托專業(yè)人員根據(jù)需要自行編制的。 2.計(jì)算機(jī)在控制中的應(yīng)用方式計(jì)算機(jī)在控制中的應(yīng)用方式根據(jù)計(jì)算機(jī)在控制中的應(yīng)用方式，可以把計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)劃分為四類，根據(jù)計(jì)算機(jī)在控制中的應(yīng)用方式，可以把計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)劃分為四類，它們是它們是:操作

10、指導(dǎo)控制系統(tǒng)，直接數(shù)字控制系統(tǒng)，監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)，直接數(shù)字控制系統(tǒng)，監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和分級計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。統(tǒng)和分級計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 (1)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)上一頁 下一頁返回學(xué)習(xí)任務(wù)一學(xué)習(xí)任務(wù)一 了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)如圖如圖5 -6所示所示，在操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)的輸出不直接用來控，在操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)的輸出不直接用來控制生產(chǎn)對象的。制生產(chǎn)對象的。(2)直接數(shù)字控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制直接數(shù)字控制DDC ( Direct Digital Control)系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)用于工業(yè)系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)用于工業(yè)過程控制最普遍的一種方式，其

11、結(jié)構(gòu)過程控制最普遍的一種方式，其結(jié)構(gòu)如圖如圖5 -7所示所示。(3)監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(SCC)在監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制在監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制(Supervisory Computer Control)系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)根據(jù)工藝參數(shù)和過程參量檢測值，按照所設(shè)計(jì)的控制算法進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)工藝參數(shù)和過程參量檢測值，按照所設(shè)計(jì)的控制算法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出最佳設(shè)定值直接傳送給常規(guī)模擬調(diào)節(jié)器或者計(jì)算出最佳設(shè)定值直接傳送給常規(guī)模擬調(diào)節(jié)器或者DDC計(jì)算機(jī)，最后計(jì)算機(jī)，最后由模擬調(diào)節(jié)器或由模擬調(diào)節(jié)器或DDC計(jì)算機(jī)控制生產(chǎn)過程。計(jì)算機(jī)控制生產(chǎn)過程。上一頁 下一頁返回學(xué)習(xí)任務(wù)一學(xué)習(xí)任務(wù)一 了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

12、了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)SCC系統(tǒng)有兩種類型，一種是系統(tǒng)有兩種類型，一種是SCC+模擬調(diào)節(jié)器，另一種模擬調(diào)節(jié)器，另一種SCC+DDC控制系統(tǒng)。監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成示意圖控制系統(tǒng)。監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成示意圖如圖如圖5-8所示所示。SCC+模擬調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng)。模擬調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng)。這種類型的系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)對各過程參量進(jìn)行巡回檢測，并按一定的這種類型的系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)對各過程參量進(jìn)行巡回檢測，并按一定的數(shù)學(xué)模型對生產(chǎn)工況進(jìn)行分析、計(jì)算后得出被控對象各參數(shù)的最優(yōu)設(shè)數(shù)學(xué)模型對生產(chǎn)工況進(jìn)行分析、計(jì)算后得出被控對象各參數(shù)的最優(yōu)設(shè)定值送給調(diào)節(jié)器，使工況保持在最優(yōu)狀態(tài)。當(dāng)定值送給調(diào)節(jié)器，使工況保持在最優(yōu)狀態(tài)。當(dāng)S

13、CC計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí)，計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí)，可由模擬調(diào)節(jié)器獨(dú)立執(zhí)行控制任務(wù)?？捎赡M調(diào)節(jié)器獨(dú)立執(zhí)行控制任務(wù)。 SCC + DDC的控制系統(tǒng)。的控制系統(tǒng)。這是一種二級控制系統(tǒng)，這是一種二級控制系統(tǒng)，SCC可采用較高檔的計(jì)算機(jī)，它與可采用較高檔的計(jì)算機(jī)，它與DDC之之間通過接口進(jìn)行信息交換。間通過接口進(jìn)行信息交換。上一頁 下一頁返回學(xué)習(xí)任務(wù)一學(xué)習(xí)任務(wù)一 了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)了解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(4)分級計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分級計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)生產(chǎn)過程中既存在控制問題，一也存在大量的管理問題。同時(shí)，設(shè)備生產(chǎn)過程中既存在控制問題，一也存在大量的管理問題。同時(shí)，設(shè)備一般分布在不同的區(qū)域，其中各工序，各設(shè)備同時(shí)并行地工作

14、，基本一般分布在不同的區(qū)域，其中各工序，各設(shè)備同時(shí)并行地工作，基本相互獨(dú)立，故全系統(tǒng)是比較復(fù)雜的。這種系統(tǒng)的特點(diǎn)是功能分散，用相互獨(dú)立，故全系統(tǒng)是比較復(fù)雜的。這種系統(tǒng)的特點(diǎn)是功能分散，用多臺計(jì)算機(jī)分別執(zhí)行不同的控制功能，既能進(jìn)行控制又能實(shí)現(xiàn)管理。多臺計(jì)算機(jī)分別執(zhí)行不同的控制功能，既能進(jìn)行控制又能實(shí)現(xiàn)管理。圖圖5 -9是一個(gè)四級計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。是一個(gè)四級計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。上一頁返回學(xué)習(xí)任務(wù)二學(xué)習(xí)任務(wù)二 學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口圖圖5-10是一種以是一種以MCS 51單片機(jī)為主控器，以單片機(jī)為主控器，以ADC0809為核心，以氣為核心，以氣壓、油壓、溫度、霍爾元件等傳感器為主

15、要外圍元件的車用數(shù)字儀表壓、油壓、溫度、霍爾元件等傳感器為主要外圍元件的車用數(shù)字儀表(VDI)的框圖。該汽車儀表系統(tǒng)具有顯示直觀、準(zhǔn)確，使用方便可靠的框圖。該汽車儀表系統(tǒng)具有顯示直觀、準(zhǔn)確，使用方便可靠等優(yōu)點(diǎn)。等優(yōu)點(diǎn)。接口，就是用于完成計(jì)算機(jī)主機(jī)系統(tǒng)與外部設(shè)備之間，不同制式、不接口，就是用于完成計(jì)算機(jī)主機(jī)系統(tǒng)與外部設(shè)備之間，不同制式、不同類型的信息交換的設(shè)備。接口有通用和專用之分，外部信息的不同，同類型的信息交換的設(shè)備。接口有通用和專用之分，外部信息的不同，所采用的接口方式也不同，一般可分為如下幾種。所采用的接口方式也不同，一般可分為如下幾種。人機(jī)通道及接口技術(shù)人機(jī)通道及接口技術(shù):鍵盤接口技術(shù)

16、、顯示接口技術(shù)、打印接口技術(shù)、鍵盤接口技術(shù)、顯示接口技術(shù)、打印接口技術(shù)、軟磁盤接口技術(shù)等。軟磁盤接口技術(shù)等。檢測通道及接口技術(shù)檢測通道及接口技術(shù):A/D轉(zhuǎn)換接口技術(shù)，轉(zhuǎn)換接口技術(shù)，V/F轉(zhuǎn)換接口技術(shù)等。轉(zhuǎn)換接口技術(shù)等。下一頁返回學(xué)習(xí)任務(wù)二學(xué)習(xí)任務(wù)二 學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口控制通道及接口技術(shù)控制通道及接口技術(shù):F/ V轉(zhuǎn)換接口技術(shù)，轉(zhuǎn)換接口技術(shù)，D/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)，光電隔轉(zhuǎn)換接口技術(shù)，光電隔離接口技術(shù)，開關(guān)接口技術(shù)等。離接口技術(shù)，開關(guān)接口技術(shù)等。系統(tǒng)間通道及接口技術(shù)系統(tǒng)間通道及接口技術(shù):公用公用RAM區(qū)接口技術(shù)，串行口技術(shù)等。區(qū)接口技術(shù)，串行口技術(shù)等。 1.并行、串行并

17、行、串行I/O接口數(shù)據(jù)傳送方式接口數(shù)據(jù)傳送方式所謂所謂I/0接口也就是輸入接口也就是輸入/輸出接口。根據(jù)信號傳輸方式的不同，一般輸出接口。根據(jù)信號傳輸方式的不同，一般可分為并行和串行兩種方式?？煞譃椴⑿泻痛袃煞N方式。(1)并行接口并行接口并行接口中各位數(shù)據(jù)都是并行傳送的，它通常是以字節(jié)并行接口中各位數(shù)據(jù)都是并行傳送的，它通常是以字節(jié)(8位位)或字或字(16位位)為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，指采用并行傳輸方式來傳輸數(shù)據(jù)的接口標(biāo)為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，指采用并行傳輸方式來傳輸數(shù)據(jù)的接口標(biāo)準(zhǔn)。準(zhǔn)。上一頁 下一頁返回學(xué)習(xí)任務(wù)二學(xué)習(xí)任務(wù)二 學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口如圖如圖5-11所示所示的

18、就是各類并行接口及并行電纜，傳輸?shù)氖菙?shù)字量和開的就是各類并行接口及并行電纜，傳輸?shù)氖菙?shù)字量和開關(guān)量。關(guān)量。 (2)串行接口串行接口串行接口是指數(shù)據(jù)一位位地順序傳送，其特點(diǎn)是通信線路簡單，只要串行接口是指數(shù)據(jù)一位位地順序傳送，其特點(diǎn)是通信線路簡單，只要一對傳輸線就可以實(shí)現(xiàn)雙向通信，并可以利用電話線，從而大大降低一對傳輸線就可以實(shí)現(xiàn)雙向通信，并可以利用電話線，從而大大降低了成本，特別適用于遠(yuǎn)距離通信，但傳送速度較慢。了成本，特別適用于遠(yuǎn)距離通信，但傳送速度較慢。 一條信息的各位數(shù)據(jù)被逐位按順序傳送的通訊方式稱為串行通訊。一條信息的各位數(shù)據(jù)被逐位按順序傳送的通訊方式稱為串行通訊。串行通訊的特點(diǎn)是串行

19、通訊的特點(diǎn)是:數(shù)據(jù)位傳送，按位順序進(jìn)行，最少只需一根傳輸數(shù)據(jù)位傳送，按位順序進(jìn)行，最少只需一根傳輸線即可完成線即可完成;成本低但傳送速度慢。串行通訊的距離可以從幾米到幾成本低但傳送速度慢。串行通訊的距離可以從幾米到幾千米千米;根據(jù)信息的傳送方向，串行通訊可以進(jìn)一步分為單工、半雙工根據(jù)信息的傳送方向，串行通訊可以進(jìn)一步分為單工、半雙工和全雙工三種。和全雙工三種。上一頁 下一頁返回學(xué)習(xí)任務(wù)二學(xué)習(xí)任務(wù)二 學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口串行接口按電氣標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議來分包括串行接口按電氣標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議來分包括RS-232-C, RS-422 , RS-485等。等。其中，其中，RS - 422

20、與與RS - 485標(biāo)準(zhǔn)只對接口的電氣特性做出規(guī)定，不涉標(biāo)準(zhǔn)只對接口的電氣特性做出規(guī)定，不涉及接插件、電纜或協(xié)議。及接插件、電纜或協(xié)議。圖圖5-12為為RS-232接口。接口。 2.數(shù)數(shù)/模模(D/A)轉(zhuǎn)換和模轉(zhuǎn)換和模/數(shù)數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換接口轉(zhuǎn)換接口(1)數(shù)數(shù)/模模(D/A)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器是指將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的電路，其主要作用是將計(jì)算轉(zhuǎn)換器是指將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的電路，其主要作用是將計(jì)算機(jī)需要輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成電壓，以便再轉(zhuǎn)換成適合外圍設(shè)備的模擬機(jī)需要輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成電壓，以便再轉(zhuǎn)換成適合外圍設(shè)備的模擬物理量。它由權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、參考電壓、電子開關(guān)等組成。物理量。它由權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、

21、參考電壓、電子開關(guān)等組成。如圖如圖5-13所所示為示為DAC0832 D/A轉(zhuǎn)換器的電路框圖。轉(zhuǎn)換器的電路框圖。上一頁 下一頁返回學(xué)習(xí)任務(wù)二學(xué)習(xí)任務(wù)二 學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口(2)模模/數(shù)數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換接口轉(zhuǎn)換接口A/D轉(zhuǎn)換器是將外圍設(shè)備轉(zhuǎn)換的模擬電壓，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件，它轉(zhuǎn)換器是將外圍設(shè)備轉(zhuǎn)換的模擬電壓，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件，它的實(shí)現(xiàn)方法有多種，常用的有逐次逼近法、雙積分法。圖的實(shí)現(xiàn)方法有多種，常用的有逐次逼近法、雙積分法。圖5-14所示為所示為A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器ADC0809的框圖。的框圖。上一頁返回學(xué)習(xí)任務(wù)三學(xué)習(xí)任務(wù)三 了解工業(yè)常用控制計(jì)算機(jī)了解工業(yè)常用控制計(jì)

22、算機(jī)工控機(jī)工控機(jī)(Industrial Personal Computer, IPC)是一種加固的增強(qiáng)型個(gè)是一種加固的增強(qiáng)型個(gè)人計(jì)算機(jī)，它可以作為一個(gè)工業(yè)控制器在工業(yè)環(huán)境中可靠運(yùn)行。人計(jì)算機(jī)，它可以作為一個(gè)工業(yè)控制器在工業(yè)環(huán)境中可靠運(yùn)行。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是一種采用總線結(jié)構(gòu)，對生產(chǎn)過程及其機(jī)電設(shè)備、工工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是一種采用總線結(jié)構(gòu)，對生產(chǎn)過程及其機(jī)電設(shè)備、工藝裝備進(jìn)行檢測與控制的設(shè)備總稱。簡稱藝裝備進(jìn)行檢測與控制的設(shè)備總稱。簡稱“工控機(jī)工控機(jī)”。包括計(jì)算機(jī)和。包括計(jì)算機(jī)和過程輸入、輸出通道兩部分。目前工控機(jī)的主要類別有過程輸入、輸出通道兩部分。目前工控機(jī)的主要類別有:IPC(PC總線總線工業(yè)電腦

23、工業(yè)電腦)、PLC(可編程控制系統(tǒng)可編程控制系統(tǒng))、DCS(分散型控制系統(tǒng)分散型控制系統(tǒng))、FCS(現(xiàn)現(xiàn)場總線系統(tǒng)場總線系統(tǒng))及及CNC(數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng))五種。五種。工控機(jī)通俗地說就是專門為工業(yè)現(xiàn)場而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，而工業(yè)現(xiàn)場一工控機(jī)通俗地說就是專門為工業(yè)現(xiàn)場而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，而工業(yè)現(xiàn)場一般具有強(qiáng)烈的震動(dòng)，灰塵特別多，另有很高的電磁場力干擾等特點(diǎn)，般具有強(qiáng)烈的震動(dòng)，灰塵特別多，另有很高的電磁場力干擾等特點(diǎn)，且一般工廠均是連續(xù)作業(yè)即一年中一般沒有休息。因此，工控機(jī)與普且一般工廠均是連續(xù)作業(yè)即一年中一般沒有休息。因此，工控機(jī)與普通計(jì)算機(jī)相比必須具有以下特點(diǎn)。通計(jì)算機(jī)相比必須具有以下特點(diǎn)。下一頁返回學(xué)

24、習(xí)任務(wù)三學(xué)習(xí)任務(wù)三 了解工業(yè)常用控制計(jì)算機(jī)了解工業(yè)常用控制計(jì)算機(jī)機(jī)箱采用鋼結(jié)構(gòu)，有較高的防磁、防塵、防沖擊的能力。機(jī)箱采用鋼結(jié)構(gòu)，有較高的防磁、防塵、防沖擊的能力。機(jī)箱內(nèi)有專用底板，底板上有機(jī)箱內(nèi)有專用底板，底板上有PCI和和ISA插槽。插槽。機(jī)箱內(nèi)有專門電源，電源有較強(qiáng)的抗干擾能力。機(jī)箱內(nèi)有專門電源，電源有較強(qiáng)的抗干擾能力。要求具有連續(xù)長時(shí)間工作能力。要求具有連續(xù)長時(shí)間工作能力。一般采用便于安裝的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱一般采用便于安裝的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱(4U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱較為常見標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱較為常見)。目前工控機(jī)的劣勢目前工控機(jī)的劣勢:盡管工控機(jī)與普通的商用計(jì)算機(jī)相比，具有得天盡管工控機(jī)與普通的商用計(jì)算機(jī)相比，具有得天獨(dú)厚

25、的優(yōu)勢，但其劣勢也是非常明顯的獨(dú)厚的優(yōu)勢，但其劣勢也是非常明顯的數(shù)據(jù)處理能力差，具體為數(shù)據(jù)處理能力差，具體為:配置硬盤容量小配置硬盤容量小;數(shù)據(jù)安全性低數(shù)據(jù)安全性低;存儲選擇性小存儲選擇性小;價(jià)格較高。價(jià)格較高。上一頁 下一頁返回學(xué)習(xí)任務(wù)三學(xué)習(xí)任務(wù)三 了解工業(yè)常用控制計(jì)算機(jī)了解工業(yè)常用控制計(jì)算機(jī) 3.常用工業(yè)控制機(jī)簡介常用工業(yè)控制機(jī)簡介(1)工業(yè)電腦工業(yè)電腦IPCIPC (Industry Personal Computer)即基于即基于PC總線的工業(yè)電腦，如總線的工業(yè)電腦，如圖圖5-15(a)所示。所示。IPC的特點(diǎn)的特點(diǎn):可靠性，工業(yè)可靠性，工業(yè)PC具有在粉塵、煙霧、高具有在粉塵、煙霧、高

26、/低溫、潮濕、震動(dòng)、腐蝕條件下工作，快速診斷和可維護(hù)性，其低溫、潮濕、震動(dòng)、腐蝕條件下工作，快速診斷和可維護(hù)性，其MTTR ( Mean Time to Repair)一般為一般為5 thin , MTTF 10萬小時(shí)以上，萬小時(shí)以上，而普通而普通PC的的MTTF僅為僅為10 00015 000小時(shí)。實(shí)時(shí)性，工業(yè)小時(shí)。實(shí)時(shí)性，工業(yè)PC對工業(yè)對工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測與控制，對工作狀況的變化給予快速響應(yīng)，生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測與控制，對工作狀況的變化給予快速響應(yīng)，及時(shí)進(jìn)行采集和輸出調(diào)節(jié)及時(shí)進(jìn)行采集和輸出調(diào)節(jié)(看門狗功能這是普通看門狗功能這是普通PC所不具有的所不具有的)，遇險(xiǎn)，遇險(xiǎn)自復(fù)位，

27、保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。自復(fù)位，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。上一頁 下一頁返回學(xué)習(xí)任務(wù)三學(xué)習(xí)任務(wù)三 了解工業(yè)常用控制計(jì)算機(jī)了解工業(yè)常用控制計(jì)算機(jī)擴(kuò)充性，工業(yè)擴(kuò)充性，工業(yè)PC由于采用底板由于采用底板+CPU卡結(jié)構(gòu)，因而具有很強(qiáng)的輸入卡結(jié)構(gòu)，因而具有很強(qiáng)的輸入/輸出功能，最多可擴(kuò)充輸出功能，最多可擴(kuò)充20個(gè)板卡，能與工業(yè)現(xiàn)場的各種外設(shè)、板卡，個(gè)板卡，能與工業(yè)現(xiàn)場的各種外設(shè)、板卡，如與道控制器、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、車輛檢測儀等相連，以完成各種任務(wù)。如與道控制器、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、車輛檢測儀等相連，以完成各種任務(wù)。兼容性，能同時(shí)利用兼容性，能同時(shí)利用ISA與與PCI及及PICMG資源，并支持各種操作系統(tǒng)，資源，并支持各種操

28、作系統(tǒng)，多種匯編語言，多任務(wù)操作系統(tǒng)。多種匯編語言，多任務(wù)操作系統(tǒng)。(2)可編程序控制器可編程序控制器PLCPLC (Programmable Logic Controller，可編程序邏輯控制器，可編程序邏輯控制器)是一是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。圖種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。圖5-16所示為不同的所示為不同的PLC實(shí)物和實(shí)物和PLC控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。圖圖5-17是是PLC應(yīng)用于邏輯控制的簡單事例。應(yīng)用于邏輯控制的簡單事例。上一頁 下一頁返回學(xué)習(xí)任務(wù)三學(xué)習(xí)任務(wù)三 了解工業(yè)常用控制計(jì)算機(jī)了解工業(yè)常用控制計(jì)算機(jī)PLC的特點(diǎn)如下的特點(diǎn)如下:

29、工作可靠工作可靠:由于輸入由于輸入/輸出采用了光電耦合技術(shù)，因此，具有很強(qiáng)的輸出采用了光電耦合技術(shù)，因此，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，適合于工業(yè)現(xiàn)場控制。抗干擾能力，適合于工業(yè)現(xiàn)場控制。可與工業(yè)現(xiàn)場信號直接連接?？膳c工業(yè)現(xiàn)場信號直接連接。積木式組合積木式組合:尤其是模塊式尤其是模塊式PLC，除了電源模塊和，除了電源模塊和CPU模塊之外，模塊之外，其他模塊可以根據(jù)需要變化和增減，運(yùn)用起來十分方便。其他模塊可以根據(jù)需要變化和增減，運(yùn)用起來十分方便。編程操作容易編程操作容易:由于由于PLC采用的是脫胎于繼電控制系統(tǒng)的梯形圖編采用的是脫胎于繼電控制系統(tǒng)的梯形圖編程，因此，只要具備常規(guī)的控制電路分析能力，在邏

30、輯上就很容易掌程，因此，只要具備常規(guī)的控制電路分析能力，在邏輯上就很容易掌握握PLC的編程方式。的編程方式。易于安裝及維修。易于安裝及維修。上一頁 下一頁返回學(xué)習(xí)任務(wù)三學(xué)習(xí)任務(wù)三 了解工業(yè)常用控制計(jì)算機(jī)了解工業(yè)常用控制計(jì)算機(jī)(3)單片微計(jì)算機(jī)及嵌入式系統(tǒng)單片微計(jì)算機(jī)及嵌入式系統(tǒng)單片微計(jì)算機(jī)是將單片微計(jì)算機(jī)是將CPU、RAM 、ROM、定時(shí)、定時(shí)/計(jì)數(shù)、多功能計(jì)數(shù)、多功能I/O(并行、并行、串行、串行、A/D)、通信控制器，甚至圖形控制器、高級語言、操作系統(tǒng)等、通信控制器，甚至圖形控制器、高級語言、操作系統(tǒng)等都集成在一塊大規(guī)模集成電路芯片上。都集成在一塊大規(guī)模集成電路芯片上。嵌入式系統(tǒng)被定義為嵌

31、入式系統(tǒng)被定義為:以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。如圖求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。如圖5-18所示。所示。嵌入式系統(tǒng)涵蓋了硬件和軟件兩個(gè)層面，建立在一個(gè)高性能的微處理嵌入式系統(tǒng)涵蓋了硬件和軟件兩個(gè)層面，建立在一個(gè)高性能的微處理器器(相對于單片機(jī)相對于單片機(jī))的硬件基礎(chǔ)上的，以一個(gè)成熟的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系的硬件基礎(chǔ)上的，以一個(gè)成熟的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)統(tǒng)(RTO時(shí)為軟件平臺。時(shí)為軟件平臺。上一頁 下一頁返回學(xué)習(xí)任務(wù)三學(xué)習(xí)任

32、務(wù)三 了解工業(yè)常用控制計(jì)算機(jī)了解工業(yè)常用控制計(jì)算機(jī) 潛入式系統(tǒng)軟硬件是可裁減的，并具有軟硬件一體化、低功耗、體潛入式系統(tǒng)軟硬件是可裁減的，并具有軟硬件一體化、低功耗、體積小、可靠性高、技術(shù)密集等特點(diǎn)。積小、可靠性高、技術(shù)密集等特點(diǎn)。一個(gè)典型的潛入式系統(tǒng)是由以下幾個(gè)部分組成的一個(gè)典型的潛入式系統(tǒng)是由以下幾個(gè)部分組成的:硬件平臺、板級支硬件平臺、板級支持包持包(Board Support Package, BSP、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(Real Tithe Operating System，RTOS)、應(yīng)用程序。、應(yīng)用程序。(4)分散型控制系統(tǒng)分散型控制系統(tǒng)(DCS) DCS英文全稱英文全稱

33、Distributed Control System，中文全稱為分布式控，中文全稱為分布式控制系統(tǒng)。它是一種高性能、高質(zhì)量、低成本、配置靈活的分散控制系制系統(tǒng)。它是一種高性能、高質(zhì)量、低成本、配置靈活的分散控制系統(tǒng)系列產(chǎn)品，可以構(gòu)成各種獨(dú)立的控制系統(tǒng)、分散控制系統(tǒng)統(tǒng)系列產(chǎn)品，可以構(gòu)成各種獨(dú)立的控制系統(tǒng)、分散控制系統(tǒng)DCS、監(jiān)、監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(SCADA)，能滿足各種工業(yè)領(lǐng)域?qū)^程控制和信，能滿足各種工業(yè)領(lǐng)域?qū)^程控制和信息管理的需求。息管理的需求。上一頁 下一頁返回學(xué)習(xí)任務(wù)三學(xué)習(xí)任務(wù)三 了解工業(yè)常用控制計(jì)算機(jī)了解工業(yè)常用控制計(jì)算機(jī)(5)數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)(CNC)CNC英文全

34、稱英文全稱Computer Numerical Control，中文全稱為計(jì)算機(jī)數(shù)，中文全稱為計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)。字控制系統(tǒng)。 4.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的總線(1)什么是總線什么是總線總線總線(Bus)是計(jì)算機(jī)各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線，它是計(jì)算機(jī)各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線，它是由導(dǎo)線組成的傳輸線束，按照計(jì)算機(jī)所傳輸?shù)男畔⒎N類，計(jì)算機(jī)的是由導(dǎo)線組成的傳輸線束，按照計(jì)算機(jī)所傳輸?shù)男畔⒎N類，計(jì)算機(jī)的總線可以劃分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，分別用來傳輸數(shù)據(jù)、總線可以劃分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，分別用來傳輸數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)地址和控制信號。數(shù)據(jù)地址和控制信號。

35、上一頁 下一頁返回學(xué)習(xí)任務(wù)三學(xué)習(xí)任務(wù)三 了解工業(yè)常用控制計(jì)算機(jī)了解工業(yè)常用控制計(jì)算機(jī)總線標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)(技術(shù)規(guī)范技術(shù)規(guī)范)包括以下幾部分。包括以下幾部分。機(jī)械結(jié)構(gòu)規(guī)范機(jī)械結(jié)構(gòu)規(guī)范:模塊尺寸、總線插頭、總線接插件以及安裝尺寸均模塊尺寸、總線插頭、總線接插件以及安裝尺寸均有統(tǒng)一規(guī)定。有統(tǒng)一規(guī)定。功能規(guī)范功能規(guī)范:總線每條信號線總線每條信號線(引腳口的名稱引腳口的名稱)、功能以及工作過程要有、功能以及工作過程要有統(tǒng)一規(guī)定。統(tǒng)一規(guī)定。電氣規(guī)范電氣規(guī)范:總線每條信號線的有效電平、動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間、負(fù)載能力總線每條信號線的有效電平、動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間、負(fù)載能力等。等。(2) STD總線簡述總線簡述STD總線是一個(gè)通用工業(yè)控制的總線是一個(gè)通用工業(yè)控制的8位微型機(jī)總線，它定義了位微型機(jī)總線，它定義了8位微處理位微處理器總線標(biāo)準(zhǔn)，可容納各種器總線標(biāo)準(zhǔn)，可容納各種8位通用微處理器。位通用微處理器。上一頁 下一頁返回學(xué)習(xí)任務(wù)三學(xué)習(xí)任務(wù)三 了解工業(yè)常用控制計(jì)算機(jī)了解工業(yè)常用控制計(jì)算機(jī)STD總線的主要技術(shù)特點(diǎn)如下總線的主要技術(shù)特點(diǎn)如下:小板結(jié)構(gòu)，高度的模板化。小板結(jié)構(gòu)，高度的模板化。嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化，廣泛的兼容性。嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化，廣泛的兼容性。面向面向I/ O的設(shè)計(jì)，適合工