第04章常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介

1、1第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介第第04章章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介主要知識(shí)點(diǎn)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8:25:372第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介4.1 4.1 總線式工控機(jī)（總線式工控機(jī)（IPCIPC） 總線式工控機(jī)，總線式工控機(jī)，是基于總線技術(shù)和模塊化結(jié)是基于總線技術(shù)和模塊化結(jié)構(gòu)的一種專(zhuān)用于工業(yè)控制的通用性計(jì)算機(jī)，一般構(gòu)的一種專(zhuān)用于工業(yè)控制的通用性計(jì)算機(jī)，一般稱(chēng)為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)為工業(yè)控制機(jī)稱(chēng)為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)為工業(yè)控制機(jī)（ Industrial Personal

2、ComputerIPC ）或工或工控機(jī)控機(jī)（IPCIPC）。8:25:383第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介4.1.1 IPC4.1.1 IPC結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)組成主要知識(shí)點(diǎn)主要知識(shí)點(diǎn) 一、一、IPC的硬件組成的硬件組成 二、二、IPC的軟件組成的軟件組成 8:25:384第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介IPC 概述概述 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，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)。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

3、造出符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的主機(jī)板及各種，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；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；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)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)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。絡(luò)化方向發(fā)展。8:25:385第04章 常用工業(yè)控制

4、計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介4.1.1 IPC4.1.1 IPC結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)組成圖4-1 IPC 的硬件組成結(jié)構(gòu)8:25:386第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介一一、IPC的硬件組成的硬件組成IPC的硬件主要由以下內(nèi)容組成：的硬件主要由以下內(nèi)容組成：（1）主機(jī)板:由中央處理器（由中央處理器（CPUCPU）、內(nèi)存儲(chǔ)器（）、內(nèi)存儲(chǔ)器（RAMRAM、ROMROM） 等部件組成，它是等部件組成，它是IPCIPC的核心的核心 作用：進(jìn)行數(shù)值計(jì)算、邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理。作用：進(jìn)行數(shù)值計(jì)算、邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理。8:25:387第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介升技升技TH7-RAID P4主板配置圖主板配置圖CD音頻輸入I/O

5、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BIOS Flash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(pán)插座USB接口串口并口ATX12V電源CPU Socket 478主板輔助電源RIMM A1RIMM B1RIMM A2RIMM B2ATX電源IDE4插座IDE3插座IDE2插座IDE1插座8:25:388第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介（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，信息包括間

6、的一組進(jìn)行互連和傳輸信息的信號(hào)線，信息包括指令指令、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)和和地址地址?？偩€就是一組信號(hào)線的集合，用這個(gè)集合可以組總線就是一組信號(hào)線的集合，用這個(gè)集合可以組成系統(tǒng)的成系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)信息通道標(biāo)準(zhǔn)信息通道，它定義了各引線的，它定義了各引線的信號(hào)、信號(hào)、電氣、機(jī)械特性電氣、機(jī)械特性，使計(jì)算機(jī)內(nèi)部各組成部分之間以，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)行信息傳送和通信和通信。8:25:389第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介1.1. 內(nèi)部總線內(nèi)部總線 內(nèi)部總線內(nèi)部總線指指IPCIPC內(nèi)部各個(gè)功能模板之間的信息通內(nèi)部各個(gè)功能模板之間的信息通

7、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(chēng)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(chēng)系統(tǒng)總線。系統(tǒng)總線。分類(lèi)分類(lèi)按功能分?jǐn)?shù)據(jù)總線按功能分?jǐn)?shù)據(jù)總線DB/DB/地址總線地址總線AB/AB/控制總線控制總線CB/CB/電源總線電源總線PBPB每種型號(hào)的計(jì)算機(jī)都有自身的內(nèi)部總線。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)8:25:3810第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介結(jié)構(gòu)形式結(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。入

8、槽內(nèi)的各功能模板之間的信息傳送。常用總線常用總線工控領(lǐng)域應(yīng)用最廣的兩種總線是工控領(lǐng)域應(yīng)用最廣的兩種總線是STDSTD總線總線和和PCPC總線?？偩€。8:25:3811第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介發(fā)展發(fā)展STDSTD總線是美國(guó)總線是美國(guó)PRO-LOGPRO-LOG公司公司19781978年推出的一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)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，系統(tǒng)總線，STDSTD是是StandardStandard的縮寫(xiě)。的縮寫(xiě)。19871987年，年，STDSTD總線被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化會(huì)議定名為總線被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化會(huì)議定名為IEEE961IEEE961。隨著。隨著3232位微處理位微處理器的出現(xiàn)，

9、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)，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)，19891989年美國(guó)的年美國(guó)的EAITECHEAITECH公司又開(kāi)發(fā)出對(duì)公司又開(kāi)發(fā)出對(duì)3232位微處理器兼容的位微處理器兼容的STD32STD32總線?？偩€。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)全部全部5656根引腳線都有確切的定義。根引腳線都有確切的定義。STDSTD總線定義了一個(gè)總線定義了一個(gè)8 8位微處理器總線位微處理器總線標(biāo)準(zhǔn)，其中有標(biāo)準(zhǔn)，其中有8 8根數(shù)據(jù)線、根數(shù)據(jù)線、1616根地址線、根地址線、2222根控制線和根控制線和1010根電源線，可根電源線，可以兼容各種通用的以兼容各種通用的8 8位微處理

10、器，如位微處理器，如80808080、80858085、68006800、Z80Z80、NSC800NSC800等。通過(guò)采用周期竊取和總線復(fù)用技術(shù)，還可以定義等。通過(guò)采用周期竊取和總線復(fù)用技術(shù)，還可以定義1616根數(shù)據(jù)線、根數(shù)據(jù)線、2424根根地址線，使地址線，使STDSTD總線升級(jí)為總線升級(jí)為8 8位位/16/16位微處理器兼容總線，可以容納位微處理器兼容總線，可以容納1616位位微處理器，如微處理器，如80868086、6800068000、8028680286、8038680386等。等。 * *STDSTD總線總線8:25:3812第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)

11、總線用于數(shù)據(jù)總線用于CPU與其他部件之間傳送信息與其他部件之間傳送信息（數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)和和指令代碼指令代碼）。具有具有三態(tài)（高阻、三態(tài)（高阻、“1”和和“0”三種狀態(tài)）控制三種狀態(tài)）控制功能，而且是雙向傳輸?shù)?，即功能，而且是雙向傳輸?shù)?，即CPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線通過(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)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)送信息總線向其它部件發(fā)送信息。如如ISA總線數(shù)據(jù)線是總線數(shù)據(jù)線是16位，位，PCI總線是總線是32位或位或64位。數(shù)據(jù)線的寬度表示了總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?，位。?shù)據(jù)線的寬度表示了總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?，反映了總線的性能。反映了總線的性能。 8:2

12、5:3813第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介 地址總線地址總線地址總線用來(lái)傳送地址總線用來(lái)傳送CPU要訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元或要訪問(wèn)的存儲(chǔ)單元或I/O接接口口地址信號(hào)地址信號(hào)。地址信號(hào)一般由。地址信號(hào)一般由CPU發(fā)往其它芯片，發(fā)往其它芯片，屬于單向總線，但也具有三態(tài)控制功能。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)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)系決定了該總線構(gòu)成的微機(jī)系統(tǒng)的統(tǒng)的尋址能力尋址能力。例如，。例如，ISA總線有總線有24位地址線，可位地址線，可尋址尋址16MB，PCI總線有總線有32位地址線，可尋址到位地址線，可尋址到4GB。地址總線的寬度視地址總線的寬度視CPU所能

13、直接訪問(wèn)的存儲(chǔ)空間的所能直接訪問(wèn)的存儲(chǔ)空間的容量而定。容量而定。8:25:3814第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介 控制總線控制總線根據(jù)根據(jù)不同的使用條件，控制總線有的為單向，有不同的使用條件，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)。的為雙向；有的為三態(tài)，有的為非三態(tài)?？刂瓶偩€用于傳送控制總線用于傳送控制信息控制信息、時(shí)序信息時(shí)序信息和和狀態(tài)信狀態(tài)信息。息。比如，比如，I/O讀寫(xiě)信號(hào)、存儲(chǔ)器讀寫(xiě)信號(hào)和中斷讀寫(xiě)信號(hào)、存儲(chǔ)器讀寫(xiě)信號(hào)和中斷信號(hào)等等。控制總線是最能體現(xiàn)總線特色的信號(hào)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。線，它決定總線功能的強(qiáng)弱和

14、適應(yīng)性。8:25:3815第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介2.2. 外部總線外部總線 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(chēng)為信息通路，常稱(chēng)為通信總線通信總線。通信總線的數(shù)據(jù)傳輸方式。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(chēng)為并行通信可以是并行的，也可以是串行的，可分別稱(chēng)為并行通信總線和串行通信總線?？偩€和串行通信總線。8:25:3816第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介圖圖4-15是某型號(hào)個(gè)人計(jì)算機(jī)的外設(shè)接口示意圖是

15、某型號(hào)個(gè)人計(jì)算機(jī)的外設(shè)接口示意圖 8:25:3817第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介 電源電源線與地線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，體現(xiàn)了總線標(biāo)準(zhǔn)的特色。例如，ISA采用采用+12V和和+5V，PCI采用采用+5V和和+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。低。8:25:3818第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介 采用采用總線的總線的優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)了系

16、統(tǒng)結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化了硬件與軟件的設(shè)計(jì)了硬件與軟件的設(shè)計(jì) 便于便于系統(tǒng)的擴(kuò)充與更新系統(tǒng)的擴(kuò)充與更新 便于便于組織生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品造價(jià)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)性可維護(hù)性好好 8:25:3819第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介3.3. 總線標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn) 總線總線標(biāo)準(zhǔn)的含義標(biāo)準(zhǔn)的含義 對(duì)于總線上的各個(gè)單元如對(duì)于總線上的各個(gè)單元如芯片之間、擴(kuò)展卡之間芯片之間、擴(kuò)展卡之間以及以及系系統(tǒng)之間統(tǒng)之間，如果要進(jìn)行正確的連接與傳輸信息，就，如果要進(jìn)行正確的連接與傳輸信息，就應(yīng)遵守一應(yīng)遵守一些協(xié)議與規(guī)范些協(xié)議與規(guī)范，這些協(xié)議與規(guī)定就被稱(chēng)為這些協(xié)議與規(guī)定就被稱(chēng)為總線標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)。總線標(biāo)準(zhǔn)

17、包括：各個(gè)信號(hào)線的總線標(biāo)準(zhǔn)包括：各個(gè)信號(hào)線的功能定義功能定義、總線工作的時(shí)總線工作的時(shí)鐘頻率鐘頻率、總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、總線仲裁機(jī)構(gòu)總線仲裁機(jī)構(gòu)與與配置機(jī)構(gòu)配置機(jī)構(gòu)、信信號(hào)的邏輯電平號(hào)的邏輯電平、時(shí)序要求時(shí)序要求、電路驅(qū)動(dòng)能力電路驅(qū)動(dòng)能力、抗干擾能力抗干擾能力、機(jī)械規(guī)范機(jī)械規(guī)范（包括接插件的幾何形狀與尺寸）和（包括接插件的幾何形狀與尺寸）和實(shí)施總線協(xié)實(shí)施總線協(xié)議的驅(qū)動(dòng)議的驅(qū)動(dòng)與與管理程序管理程序。8:25:3820第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介 常用常用的總線標(biāo)準(zhǔn)的總線標(biāo)準(zhǔn) 1）PC總線總線這里所說(shuō)的這里所說(shuō)的PC總線是狹義的?？偩€是狹義的。1982年年IBM公司在推出其公司在推出

18、其IBM PC/XT個(gè)人計(jì)算機(jī)時(shí)，在其主板上設(shè)計(jì)有個(gè)人計(jì)算機(jī)時(shí)，在其主板上設(shè)計(jì)有58個(gè)總線插槽（個(gè)總線插槽（I/O通道），通道），用于插入各種適配器以擴(kuò)展系統(tǒng)的功能用于插入各種適配器以擴(kuò)展系統(tǒng)的功能，這就是，這就是IBM PC/XT總線，簡(jiǎn)稱(chēng)總線，簡(jiǎn)稱(chēng)PC總線?？偩€。PC總線共有總線共有62條信號(hào)線，用雙列插槽連接，分條信號(hào)線，用雙列插槽連接，分A面（元件面）面（元件面）和和B面。面。PC總線實(shí)際上是總線實(shí)際上是8088CPU核心電路總線的擴(kuò)充與重新核心電路總線的擴(kuò)充與重新驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)。 PC總線共有總線共有8條數(shù)據(jù)線、條數(shù)據(jù)線、20條地址線（尋址空間為條地址線（尋址空間為1MB）、）、總線時(shí)鐘

19、頻率為總線時(shí)鐘頻率為4MHz、總線最大傳輸速率為、總線最大傳輸速率為4MB/s、最大負(fù)、最大負(fù)載能力為載能力為8個(gè)、采用半同步的工作方式。個(gè)、采用半同步的工作方式。 8:25:3821第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介2）ISA總線總線ISA（Industry Standard Architecture）總線是）總線是IBM公司公司1984年為推出年為推出PC/AT機(jī)而建立的系統(tǒng)總機(jī)而建立的系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)，所以也叫線標(biāo)準(zhǔn)，所以也叫AT總線總線，它是對(duì)，它是對(duì)XT總線的擴(kuò)總線的擴(kuò)展展，以適應(yīng)，以適應(yīng)8位或位或16位數(shù)據(jù)總線要求。它推出后位數(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

20、微得到廣大計(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，許多以型計(jì)算機(jī)紛紛問(wèn)世，直到現(xiàn)在，許多以Pentium芯片為芯片為CPU的計(jì)算機(jī)上仍然有的計(jì)算機(jī)上仍然有ISA插槽。插槽。8:25:3822第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介ISA總線的主要特點(diǎn)總線的主要特點(diǎn)（1）它有比）它有比XT總線更強(qiáng)的支持能力，它支持：總線更強(qiáng)的支持能力，它支持：1K I/O地址地址空間（空間（0000H03FFH）；）；24位存儲(chǔ)器地址；位存儲(chǔ)器地址；8位或位或16位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)存取；存取；15級(jí)硬件中斷，級(jí)硬件中斷，7級(jí)級(jí)DMA通道；產(chǎn)生通道；產(chǎn)生I/O等待狀態(tài)等。等待狀態(tài)等。（2）它是一種多主控（

21、）它是一種多主控（Multi Master）總線，除主）總線，除主CPU外，外，DMA控制器、控制器、DRAM刷新控制器和帶處理器的智能接口控刷新控制器和帶處理器的智能接口控制卡都可以成為制卡都可以成為ISA總線的主控設(shè)備（但它只支持一個(gè)智能總線的主控設(shè)備（但它只支持一個(gè)智能接口控制卡）。接口控制卡）。（3）可支持）可支持8種類(lèi)型的總線周期：種類(lèi)型的總線周期：8位或位或16位的存儲(chǔ)器讀周位的存儲(chǔ)器讀周期；期；8位或位或16位的存儲(chǔ)器寫(xiě)周期；位的存儲(chǔ)器寫(xiě)周期；8位或位或16位的位的I/O讀周期，讀周期，8位或位或16位的位的I/O寫(xiě)周期；中斷請(qǐng)求和中斷響應(yīng)周期；寫(xiě)周期；中斷請(qǐng)求和中斷響應(yīng)周期；D

22、MA周周期；存儲(chǔ)器刷新周期；總線仲裁周期。期；存儲(chǔ)器刷新周期；總線仲裁周期。8:25:3823第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介3）PCI總線總線 PCI（Peripheral Component Interconnect）是計(jì)）是計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備互連的意思。算機(jī)外圍設(shè)備互連的意思。1992年由年由Intel發(fā)布，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，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)，實(shí)際上已經(jīng)不是一個(gè)簡(jiǎn)單的總線標(biāo)準(zhǔn)，而是而是一類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)一類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。例如，。例如，從使用的電源電壓來(lái)分，就有從使用的電源電壓來(lái)分，就有5V和和3.3V兩個(gè)版本兩個(gè)

23、版本；從總線時(shí)鐘頻率來(lái)分可以有從總線時(shí)鐘頻率來(lái)分可以有33.3MHz和和66MHz兩種兩種；從總線的寬度來(lái)分可以從總線的寬度來(lái)分可以有有32位和位和64位兩種。位兩種。8:25:3824第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介歸納起來(lái)，歸納起來(lái)，PCI總線具有以下特點(diǎn)：總線具有以下特點(diǎn)： （1）總線傳輸速率高）總線傳輸速率高最大允許最大允許64位并行數(shù)據(jù)傳送，采用地址位并行數(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)鐘頻數(shù)據(jù)總線復(fù)用方式，若總線時(shí)鐘頻率為率為33.3MHz，總線寬度為，總線寬度為32位，則傳輸速率為位，則傳輸速率為133MB/s；若總線時(shí)鐘頻；若總線時(shí)鐘頻率為率為66MHz，總線寬度

24、為，總線寬度為64位，則傳輸速率為位，則傳輸速率為528MB/s。如此之高的傳輸。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)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，使高性能瓶頸，使高性能CPU得以充分發(fā)揮作用，并滿(mǎn)足了高速設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?。得以充分發(fā)揮作用，并滿(mǎn)足了高速設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰＃?）不受處理器限制）不受處理器限制PCI總線通過(guò)總線通過(guò)CPU局部總線到局部總線到PCI總線之間的橋接器形成了一種獨(dú)特的中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

25、總線總線具有獨(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(hù)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)戶(hù)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。導(dǎo)致系統(tǒng)性能的降低。8:25:3825第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介（3）兼容性強(qiáng)）兼容性強(qiáng)微機(jī)微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)均通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)均通過(guò)PCI/ISA總線橋?qū)崿F(xiàn)總線橋?qū)崿F(xiàn)PCI總線與總線與ISA、V

26、ESA及及MCA總線總線的的完全兼容完全兼容，保證了通用的，保證了通用的ISA總線技術(shù)到高性能總線技術(shù)到高性能PCI總線的平穩(wěn)過(guò)渡，這正總線的平穩(wěn)過(guò)渡，這正是是PCI總線的生命力所在總線的生命力所在。并。并實(shí)現(xiàn)不同總線之間的隔離實(shí)現(xiàn)不同總線之間的隔離。如。如當(dāng)當(dāng)CPU通過(guò)局部通過(guò)局部總線從總線從Cache中存取數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，中存取數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，PCI總線可同時(shí)對(duì)總線可同時(shí)對(duì)DRAM進(jìn)行讀寫(xiě)操進(jìn)行讀寫(xiě)操作，而作，而ISA總線則可進(jìn)行總線則可進(jìn)行I/O操作。操作。（4）自動(dòng)配置功能）自動(dòng)配置功能PCI總線標(biāo)準(zhǔn)為總線標(biāo)準(zhǔn)為PCI接口提供了一套完整的自動(dòng)配置功能，使接口提供了一套完整的自動(dòng)配置功能

27、，使PCI接口所需要接口所需要的各種硬件資源如中斷、內(nèi)存、的各種硬件資源如中斷、內(nèi)存、I/O地址等通過(guò)即插即用的地址等通過(guò)即插即用的BIOS在系統(tǒng)啟動(dòng)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接接口達(dá)到真正的即插即用（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。目的，使接口的設(shè)計(jì)和應(yīng)用更加簡(jiǎn)單容易。PCI插槽插槽ISA插槽插槽8:25:3826第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介4.4. PCIPCI總線總線I/OI/O卡卡- -常用的數(shù)據(jù)采集卡常用的數(shù)據(jù)采集卡1) )模擬模擬量

28、輸入卡（量輸入卡（A/D卡）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(lèi)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。 8:25:3

29、827第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介例如，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)100 kHz，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)。 8:25:3828第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介2）模擬）模擬量輸出卡（量輸出卡（D/A卡）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)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)采用的是模擬量。計(jì)算機(jī)通過(guò)D/AD/A板卡將數(shù)字板卡將數(shù)

30、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)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。作去控制生產(chǎn)工藝過(guò)程。 D/A轉(zhuǎn)換板卡同樣依據(jù)其采用的轉(zhuǎn)換板卡同樣依據(jù)其采用的D/A轉(zhuǎn)換芯轉(zhuǎn)換芯片的不同，轉(zhuǎn)換性能指標(biāo)有很大的差別。片的不同，轉(zhuǎn)換性能指標(biāo)有很大的差別。 8:25:3829第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介例如，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。 8:25:3830第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介3）數(shù)字

31、）數(shù)字量輸入量輸入/輸出卡（輸出卡（I/O卡）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）?？刂疲ǘ皇娇刂疲?。將數(shù)字量輸入和數(shù)字量輸出功能集成在一塊將數(shù)字量輸入和數(shù)字量輸出功能集成在一塊板卡上，就稱(chēng)為數(shù)字量輸入板卡上，就稱(chēng)為數(shù)字量輸入/輸出板卡，簡(jiǎn)稱(chēng)輸出板卡，簡(jiǎn)稱(chēng)I/O板卡。板卡。 8:25:3831第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介例如，下圖所示為研華PCI-1730數(shù)字量輸入/輸出卡，

32、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。8:25:3832第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介4）脈沖量）脈沖量輸入輸入/輸出板卡輸出板卡 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(zhuān)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(lèi)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

33、卡測(cè)量的抗干擾能力。8:25:3833第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介例如，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(mén)選通功能。 8:25:3834第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介板卡安裝板卡安裝關(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6-8

34、 PCI-1710HG板卡安裝35第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介用用PCI-1710HG板卡構(gòu)成的控制系統(tǒng)框圖如圖板卡構(gòu)成的控制系統(tǒng)框圖如圖6-6所示。所示。 36第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介37第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介二、二、IPC的軟件組成的軟件組成 1 1系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件用來(lái)管理用來(lái)管理IPCIPC的資源，并以簡(jiǎn)便的形式向用戶(hù)提供服務(wù)，包括的資源，并以簡(jiǎn)便的形式向用戶(hù)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，如系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件最基本的部分，如MS-DOSMS-DOS和和

35、WindowsWindows系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件。2.2.工具軟件工具軟件技術(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)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)量高軟件生產(chǎn)效率，改善軟件產(chǎn)品質(zhì)量。3 3應(yīng)用軟件應(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，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(zhuān)業(yè)知識(shí)。往往涉及應(yīng)用領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。它包括過(guò)程輸入程序、過(guò)程控它包括過(guò)程輸入程序、過(guò)程控制程序、

36、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、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。制程序等。8:25:3938第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介總結(jié)：總結(jié)：IPCIPC功能特點(diǎn)功能特點(diǎn)1.1.可靠性和可維修性好可靠性和可維修性好2 2通用性和擴(kuò)展性好通用性和擴(kuò)展性好3 3軟件豐富編程趨向組態(tài)軟件豐富編程趨向組態(tài) 4 4控制實(shí)時(shí)性強(qiáng)控制實(shí)時(shí)性強(qiáng)5 5精度和速度適當(dāng)精度和速度適當(dāng)8:25:3939第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介4.24.2 可編程控制器可編程控制器( (PLC)PLC) 可編程邏輯控制器，可編程邏輯控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)可編程控制器簡(jiǎn)稱(chēng)可編程控制器PLCPLC，是

37、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，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，其其低端為常規(guī)繼電邏輯控制低端為常規(guī)繼電邏輯控制的替代裝置，而的替代裝置，而高端高端為一種高性能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。為一種高性能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。鏈接動(dòng)畫(huà)8:25:3940第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介4.2.1 概述概述4.2.2 PLC的硬件組成的硬件組成4.2.3 PLC的軟件系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)4.2.4 PLC的工作過(guò)程的工作過(guò)程4.2.5 建立建立PLC與計(jì)算機(jī)的連接與計(jì)算機(jī)的連接 41第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介4.24.2.1 .1 概述概述 PLCPLC在早期是一種開(kāi)關(guān)邏輯控制裝置，被稱(chēng)在早期

38、是一種開(kāi)關(guān)邏輯控制裝置，被稱(chēng)為可編程序邏輯控制器為可編程序邏輯控制器(Programmable Logic (Programmable Logic Controller)Controller)，簡(jiǎn)稱(chēng)，簡(jiǎn)稱(chēng)PLCPLC。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，PLCPLC采用微處理器作為其控制核心，它的功能已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，不再局限于邏輯控制的范疇。因此，19801980年年美國(guó)電氣制造協(xié)會(huì)美國(guó)電氣制造協(xié)會(huì)(NEMA)(NEMA)將其命名為將其命名為Programmable Controller(PC)Program

39、mable Controller(PC)，但為避免與，但為避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)(Personal Computer)的簡(jiǎn)稱(chēng)的簡(jiǎn)稱(chēng)PCPC混混淆，習(xí)慣上仍將其稱(chēng)為淆，習(xí)慣上仍將其稱(chēng)為PLCPLC。42第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介1. 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(zhuān)為序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。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)

40、算、順序控儲(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(lèi)型的過(guò)數(shù)字式模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備可編程序控制器及其有關(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，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)于擴(kuò)充功能的原則而設(shè)計(jì)”。43第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介PLC的定義 PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境下的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)控制

41、裝置。應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)控制裝置。44第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介PLC的基本組成的基本組成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 45第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介整體式整體式組合式組合式 PLC的基本分類(lèi)的基本分類(lèi)小型機(jī)常采用整體式小型機(jī)常采用整體式中、大型機(jī)常采用組合式中、大型機(jī)常采用組合式4.2.2 認(rèn)知PLC的硬件組成46第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介輸出設(shè)備輸出設(shè)備輸入設(shè)備輸入設(shè)備 I/OI/O擴(kuò)展擴(kuò)展 單元單元 特殊功特殊功 能單元能單元主機(jī)主機(jī)輸出單元輸出單元輸入單元輸入單元 電電 源源外設(shè)接口外設(shè)接口I/O/O擴(kuò)擴(kuò)展展口口存存 儲(chǔ)儲(chǔ) 器器 系統(tǒng)程

42、序系統(tǒng)程序 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 C P U 用戶(hù)程序用戶(hù)程序 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器盒式磁帶機(jī)盒式磁帶機(jī)打印機(jī)打印機(jī)EPROMEPROM寫(xiě)入器寫(xiě)入器 上位計(jì)算機(jī)上位計(jì)算機(jī) PLCPLC編程器編程器可編程終端可編程終端PTPT 整體式整體式 PLC的基本組成框圖的基本組成框圖47第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介 組合式組合式 PLC的基本組成框圖的基本組成框圖 系系 統(tǒng)統(tǒng) 總總 線線通信單元通信單元 控控 制制 系系 統(tǒng)統(tǒng) 現(xiàn)現(xiàn) 場(chǎng)場(chǎng) 過(guò)過(guò) 程程CPU單元單元輸出單元輸出單元 編程器編程器PLC或或上位計(jì)算機(jī)上位計(jì)算機(jī)智能智能I/O單元單元輸入單元輸入單元48第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介 輸入并存儲(chǔ)用戶(hù)程序

43、、顯示輸入內(nèi)容和地址；輸入并存儲(chǔ)用戶(hù)程序、顯示輸入內(nèi)容和地址； CPU指揮指揮PLC完成各種預(yù)定的功能完成各種預(yù)定的功能 檢查、校驗(yàn)用戶(hù)程序，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤即報(bào)警；檢查、校驗(yàn)用戶(hù)程序，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤即報(bào)警； 執(zhí)行用戶(hù)程序、驅(qū)動(dòng)外部輸出設(shè)備動(dòng)作；執(zhí)行用戶(hù)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。診斷故障、記憶故障信息并報(bào)警。1 1.2.1 .2.1 CPU單元單元49第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介CPU的種類(lèi)的種類(lèi)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

44、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50第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)系統(tǒng)系統(tǒng)程序存儲(chǔ)系統(tǒng)系統(tǒng)程序用戶(hù)程序存儲(chǔ)器用戶(hù)程序存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)系統(tǒng)用戶(hù)程序存儲(chǔ)系統(tǒng)用戶(hù)程序工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù) 2. 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器51第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介RAM：存儲(chǔ)各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、用戶(hù)正調(diào)存儲(chǔ)各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、用戶(hù)正調(diào) 試的程序。試的程序。ROM：存放監(jiān)控程序和用戶(hù)已調(diào)試好的程序。存放監(jiān)控程序和用戶(hù)已調(diào)試好的程序。 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器52第04章 常用工業(yè)控制

45、計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介 PLC與外部設(shè)備聯(lián)系的橋梁與外部設(shè)備聯(lián)系的橋梁 開(kāi)關(guān)量輸入單元開(kāi)關(guān)量輸入單元 開(kāi)關(guān)量輸出單元開(kāi)關(guān)量輸出單元 直流輸入單元直流輸入單元 交流輸入單元交流輸入單元晶體管輸出單元晶體管輸出單元晶閘管輸出單元晶閘管輸出單元繼電器輸出單元繼電器輸出單元 1 1.2.2.2.2. I/OI/O單元單元53第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介 輸入、輸出接口：輸入、輸出接口：采用光電隔離，實(shí)現(xiàn)了采用光電隔離，實(shí)現(xiàn)了PLC的內(nèi)部電路的內(nèi)部電路與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾。與外部電路的電氣隔離，減小了電磁干擾。輸出接口作用：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)外將主機(jī)向外輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)

46、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。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：輸出三種形式：繼電器繼電器 - 低速大功率低速大功率 可控硅可控硅 - 高速大功率高速大功率 晶體管晶體管 - 高速小功率高速小功率輸入接口作用：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)，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)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入主機(jī)。54第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介 直流輸入電路直流輸入電路M+5VLEDSR3R1AR2CT 內(nèi)內(nèi) 部部 電電

47、 路路濾波濾波 光電耦合光電耦合 外部開(kāi)關(guān)外部開(kāi)關(guān) 輸入點(diǎn)的狀輸入點(diǎn)的狀態(tài)顯示態(tài)顯示 輸入點(diǎn)輸入點(diǎn) 公共端公共端 55第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介 交流輸入電路交流輸入電路LED+5VAR2MSCR1 內(nèi)內(nèi) 部部 電電 路路R3濾波濾波 光電耦合光電耦合 輸入點(diǎn)的狀輸入點(diǎn)的狀態(tài)顯示態(tài)顯示 外部開(kāi)關(guān)外部開(kāi)關(guān) 輸入點(diǎn)輸入點(diǎn) 56第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介繼電器輸出繼電器輸出（2）輸出接口電路：）輸出接口電路：以以繼電器形式為例繼電器形式為例：PLC內(nèi)內(nèi)部部電電路路內(nèi)內(nèi)部部電電路路K+交流電源或直流交流電源或直流電源電源QL+-57第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介 晶體管輸出電路晶體管輸出

48、電路T2LEDDFU+5V內(nèi)內(nèi) 部部 電電 路路T1R1R2R3負(fù)載負(fù)載光電耦合光電耦合 輸出點(diǎn)的狀輸出點(diǎn)的狀態(tài)顯示態(tài)顯示 公共端公共端 輸出點(diǎn)輸出點(diǎn) 58第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介 晶閘管輸出電路晶閘管輸出電路LEDR2 C TFU內(nèi)內(nèi) 部部 電電 路路R1負(fù)載負(fù)載光電耦合光電耦合 輸出點(diǎn)的狀輸出點(diǎn)的狀態(tài)顯示態(tài)顯示 公共端公共端 輸出點(diǎn)輸出點(diǎn) 59第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介 繼電器輸出電路繼電器輸出電路LED K R內(nèi)內(nèi) 部部 電電 路路負(fù)載負(fù)載輸出點(diǎn)的狀輸出點(diǎn)的狀態(tài)顯示態(tài)顯示 繼電器繼電器 機(jī)械機(jī)械觸點(diǎn)觸點(diǎn) 公共端公共端 輸出點(diǎn)輸出點(diǎn) 60第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介 PL

49、C由開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源為內(nèi)部電路供電由開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源為內(nèi)部電路供電抗干擾性能好抗干擾性能好 有的有的PLC能向外部提供能向外部提供24V的直流的直流電源電源 可作為輸入單元連接的外部設(shè)備的電源可作為輸入單元連接的外部設(shè)備的電源 開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)電源輸入電壓范圍寬輸入電壓范圍寬體積小體積小重量輕重量輕效率高效率高 3.3. 電源單元電源單元61第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介電源單元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。 62第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介PLC的供電63第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)

50、簡(jiǎn)介 各種接口、高功能模塊：各種接口、高功能模塊：便于擴(kuò)展便于擴(kuò)展 小型機(jī)：小型機(jī)：一體機(jī)。有接口可擴(kuò)展。一體機(jī)。有接口可擴(kuò)展。 狀態(tài)顯示通信口頂部端子蓋電源及輸出端子前蓋 方式開(kāi)關(guān)、電位器、擴(kuò)展I/O連接底部端子蓋輸入端子、傳感器電源存儲(chǔ)器卡64第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介Power in a Small Package!電源模塊CPU模塊IO模塊底 板中、大型機(jī)：中、大型機(jī)：模塊式?？筛鶕?jù)需要在主板上隨意組合模塊式?？筛鶕?jù)需要在主板上隨意組合。65第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介PLC的外部設(shè)備主要有：的外部設(shè)備主要有：編程設(shè)備編程設(shè)備觸摸屏觸摸屏操作面板操作面板文本顯示器文本顯示器打

51、印機(jī)打印機(jī) 等等 4.外部設(shè)備外部設(shè)備66第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介 編程設(shè)備編程設(shè)備PCFP PROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREADOTL WLORR WRANY WYSTX WXSRC(-)OP(BIN)K/HSCCTC EVTMT SVACLRENTBAFEDC 98 3 2 1 0 7 6 5 4(DELT)CLR67第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介 編程器是對(duì)編程器是對(duì)PLC進(jìn)行操作的工具進(jìn)行操作的工具 專(zhuān)專(zhuān) 用用 編編 程程 器器 在裝有專(zhuān)用編程軟件的計(jì)算機(jī)上編程在裝有專(zhuān)用編程軟件的計(jì)算機(jī)上編程 簡(jiǎn)易編程器簡(jiǎn)易編程器

52、直插式、便攜式直插式、便攜式 計(jì)算機(jī)輔助編程計(jì)算機(jī)輔助編程 圖形編程器圖形編程器 編程工具編程工具68第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介8:25:40S7200S7200：（STEP-7 MICRO/WINSTEP-7 MICRO/WIN入門(mén)入門(mén)） S7300S7300：（STEPSTEP7 7）69第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介4.2.3 PLC的軟件系統(tǒng)1. 系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序 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(xiě)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(hù)不能更改。 系統(tǒng)程序分為：系統(tǒng)程序分為： 系統(tǒng)系統(tǒng)管理程序管理程序 用戶(hù)用戶(hù)指令解釋程序指令解釋程序

53、 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用程序程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用程序 70第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介PLC的軟件系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)2.用戶(hù)用戶(hù)程序程序 用戶(hù)程序用戶(hù)程序又稱(chēng)為又稱(chēng)為應(yīng)用程序應(yīng)用程序，是用戶(hù)，是用戶(hù)為完成某一控制任務(wù)而利為完成某一控制任務(wù)而利用用PLCPLC的編程語(yǔ)言編制的程序。的編程語(yǔ)言編制的程序。用戶(hù)程序是線性地存儲(chǔ)在用戶(hù)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)。系統(tǒng)程序制定的存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)。1 1用戶(hù)環(huán)境用戶(hù)環(huán)境 用戶(hù)環(huán)境是由系統(tǒng)程序生成的，它包括用戶(hù)用戶(hù)環(huán)境是由系統(tǒng)程序生成的，它包括用戶(hù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、用戶(hù)元件區(qū)、用戶(hù)程序存儲(chǔ)區(qū)、用戶(hù)參數(shù)、文數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、用戶(hù)元件區(qū)、用戶(hù)程序存儲(chǔ)區(qū)、用戶(hù)參數(shù)、文件存

54、儲(chǔ)區(qū)等。件存儲(chǔ)區(qū)等。2 2用戶(hù)程序結(jié)構(gòu)用戶(hù)程序結(jié)構(gòu) 用戶(hù)程序結(jié)構(gòu)大致可以分為三種：用戶(hù)程序結(jié)構(gòu)大致可以分為三種：（1 1）線性程序（）線性程序（2 2）分塊程序（）分塊程序（3 3）結(jié)構(gòu)化程序）結(jié)構(gòu)化程序3 3用戶(hù)程序語(yǔ)言用戶(hù)程序語(yǔ)言 PLCPLC的編程語(yǔ)言有多種，其中梯形圖、語(yǔ)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。句表、功能塊圖是三種基本語(yǔ)言。 71第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介1.4 PLC的工作過(guò)程的工作過(guò)程PLCPLC的循環(huán)掃描工作過(guò)程的循環(huán)掃描工作過(guò)程 接線程序控制與存儲(chǔ)程序控制接線程序控制與存儲(chǔ)程序控制 72第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介4.接線接線程序

55、控制與存儲(chǔ)程序控制程序控制與存儲(chǔ)程序控制 繼電接觸器控制系統(tǒng)，又稱(chēng)為繼電接觸器控制系統(tǒng)，又稱(chēng)為接線程序控制接線程序控制系統(tǒng)，是通過(guò)電系統(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。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。73第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介接線程序控制與存儲(chǔ)程序控制接線程序控制與存儲(chǔ)程序控制 在在PLC控制系統(tǒng)中，用戶(hù)根據(jù)控制要求編制出相控制系統(tǒng)中，用戶(hù)根據(jù)控制要求編制出相應(yīng)的控制程序，并寫(xiě)入應(yīng)的控制程序，并寫(xiě)入PLC的程序存儲(chǔ)器中。系統(tǒng)運(yùn)的程序存儲(chǔ)器中。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，行時(shí)，PLC將程序執(zhí)行結(jié)果輸出給相應(yīng)的輸出設(shè)備將程序執(zhí)行結(jié)果輸出給相應(yīng)的輸出設(shè)備，控制

56、被控對(duì)象工作控制被控對(duì)象工作。 這種控制稱(chēng)為這種控制稱(chēng)為存儲(chǔ)程序控制存儲(chǔ)程序控制。74第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介1.4.2 PLC 的循環(huán)掃描工作過(guò)程的循環(huán)掃描工作過(guò)程 掃描工作分為掃描工作分為 5 個(gè)階段個(gè)階段 公公 共共 處處 理理 階階 段段 程程 序序 執(zhí)執(zhí) 行行 階階 段段 掃描周期計(jì)算階段掃描周期計(jì)算階段 I/O 刷刷 新新 階階 段段 外設(shè)端口處理外設(shè)端口處理 階段階段75第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介 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(xiě)輸出等過(guò)程，信請(qǐng)求、自診斷檢查和寫(xiě)輸出

57、等過(guò)程，CPU反復(fù)不停反復(fù)不停地分階段處理上述各種不同的任務(wù)，地分階段處理上述各種不同的任務(wù)，這種周而復(fù)始的這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱(chēng)為循環(huán)掃描。循環(huán)工作方式稱(chēng)為循環(huán)掃描。 執(zhí)行用戶(hù)程序只是掃描周期的一個(gè)組成部分執(zhí)行用戶(hù)程序只是掃描周期的一個(gè)組成部分，用，用戶(hù)程序不運(yùn)行時(shí)，戶(hù)程序不運(yùn)行時(shí)，PLC也在掃描，只不過(guò)在一個(gè)周期也在掃描，只不過(guò)在一個(gè)周期中去除了執(zhí)行用戶(hù)程序和讀輸入、寫(xiě)輸出的內(nèi)容。中去除了執(zhí)行用戶(hù)程序和讀輸入、寫(xiě)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）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在運(yùn)行工作狀態(tài)，執(zhí)行如上所述的一

58、次掃描操作所需的時(shí)間稱(chēng)為操作所需的時(shí)間稱(chēng)為掃描周期掃描周期，其典型值為，其典型值為1100ms。掃描周期與用戶(hù)程序的長(zhǎng)短掃描周期與用戶(hù)程序的長(zhǎng)短、指令的種類(lèi)和指令的種類(lèi)和CPU的運(yùn)算速度有很大的關(guān)系。的運(yùn)算速度有很大的關(guān)系。用戶(hù)程序較長(zhǎng)時(shí)，指用戶(hù)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。令執(zhí)行的時(shí)間在掃描周期中占相當(dāng)大的比例。 76第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介設(shè)置各異常繼電器異常：(ERR/ALM)LED燈亮警告： (ERR/ALM)LED 閃爍異?；蚓妫?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(hù)程序 程序結(jié)束？(END命令？)NoYes掃描周期固定值設(shè)定檢查 有

59、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(hù) 程序掃 描 周 期 計(jì) 算 處 理刷新硬件、用戶(hù)程序內(nèi)存檢 查 外設(shè)端口服務(wù) 接通電源接通電源 初始化初始化 硬件檢查硬件檢查 正常？正常？異常報(bào)警異常報(bào)警異常處理異常處理掃描周期監(jiān)視掃描周期監(jiān)視執(zhí)行用戶(hù)程序執(zhí)行用戶(hù)程序 程序結(jié)束？程序結(jié)束？掃描周期檢查掃描周期檢查有固定設(shè)置？有固定設(shè)置？ 等待等待掃描周期計(jì)算掃描周期計(jì)算 I/O刷新刷新外設(shè)端口服務(wù)外設(shè)端口服務(wù) 異常異常 公共處理公共處理 執(zhí)行用執(zhí)行用戶(hù)程序戶(hù)程序掃描周期計(jì)算掃描周期計(jì)算 刷刷 新新端端口口服服務(wù)務(wù)77第04章 常用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)介 (1) PLC掃描工作各環(huán)節(jié)的功能掃描工作各環(huán)節(jié)的功能 PLC上電后，首先檢查硬件是否正常。上電后，首先檢查硬件是否正常。 按自上而下的順序，逐條讀用戶(hù)程序并執(zhí)行。按