王建華計算機控制技術課件第2章

2.1工業(yè)控制機的特點工業(yè)控制機也稱工業(yè)計算機IPC(industrialpersonalcomputer，以下簡稱工控機)。它主要特點如下：1.可靠性高

平均無故障工作時間(MTBF)達到幾萬小時。2.實時性好

配有實時多任務操作系統(tǒng)(RTDOS)。3.環(huán)境適應性強

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、開關量、脈沖量、頻率量等輸入輸出模板。第2章工業(yè)計算機簡介

5.系統(tǒng)擴充性好6.系統(tǒng)開放性

主機接口、網絡通信、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，如組態(tài)軟件。8.系統(tǒng)通信功能強

具有串行通信、網絡通信功能。

9.后備措施齊全

包括供電后備，存儲器信息保護，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、雙網通信；雙供電系統(tǒng)、雙電源等，具有雙機切換功能，雙機監(jiān)視軟件等，以確保系統(tǒng)長期不間斷地運行。2.2工業(yè)控制機的分類按照所采用的總線標準類型可將工業(yè)控制機分成下列四類：1.PC總線工控機有ISA總線、VESA局部總線(VL—BUS)、PCI總線、PC104總線等幾種類型工控機，主機CPU類型有80386、80486、Pentium等。2.STD總線工控機它采用STD總線，主機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。3.VME總線工控機它采用VME總線，主機CPU類型以Motoro1a公司的M68000、M68020和M68030為主。4.多總線工控機它采用MULTIbus總線，以INTEL工控機為代表，主機CPU類型有80386、80486和Pentium等。廣義而言，工控機的類型更廣些，主要有IPC工控機，PLC可編程序控制器，專用控制機以及其他類型的工控機，智能控制器等。2.3總線式工控機

2.3.1STD總線1.總線標準STD總線最早由PRO-LOG公司在1978年推出，正式標準為IEEE961標準。2.支持的處理機系統(tǒng)STD總線可支持16、32位處理機；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，外圍設備定時，時鐘和復位，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)的技術特點(1)小板結構，機械強度大，抗振動、沖擊能力強。(2)嚴格的標準化、模塊化結構，使得不同廠家的產品容易兼容。(3)可靠性高RO-LOG的STD產品保修期為5年。2.3.2PC總線1.PC總線工業(yè)控制機主要特點(1)兼容性好、升級容易(2)性能價格比高(3)豐富的軟件支持(4)通信功能強(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)控制機體系結構工業(yè)PC(IPC)是以PC總線(ISA，VESA，PCI總線)為基礎構成的工業(yè)計算機。IPC構成圖如下所示。打印機硬盤鍵盤軟驅彩色顯示器顯示卡ALL—IN—ONE主機板擴充模板擴充模板光驅電源串行口RS-232C打印口鍵盤口IDE口ISABUSIPC構成原理3.工業(yè)控制機機械結構下圖描述了工業(yè)PC機械結構組成。防塵與保證運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扇建立空氣正壓力，經過濾的空氣在機箱內流通300W工業(yè)開關電源可拆卸式光驅、軟驅框架防震的可調節(jié)夾鉗用于安展電纜的面板裝特殊連接器或擴加固型金屬機箱14槽PC總線底版電源on/off鍵4.PC總線標準規(guī)范ISA總線較為成熟，工業(yè)PC機主要以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8MHz系統(tǒng)時鐘信號。RESET(輸出，第B2腳)在系統(tǒng)上電或從過電壓恢復時復位或初始化系統(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～IRQ7，IRQ9～IRQ12，IRQ14～IRQ15(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。當此線有效時，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，當前的數(shù)據(jù)傳送是一個16位的、等待狀態(tài)的I／O周期。它的驅動來自地址的譯碼。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.總線標準的形成過程及其標準1982年完成標準化工作，MULTIbus為IEEE796標準。2.支持的處理機多總線幾乎支持所有的8位到32位的處理機，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標準定義了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條中斷應答信號線，中斷支持能力是很強的。6.支持多主能力：多總線支持16個主設備。

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邊緣連接器。10.特點：·支持各種體系結構，包括單處機和多處理機體系結構，·結構原理簡單?！ぶС值奶幚頇C范圍很廣，從8位到32位?！ぞ哂袑崟r多任務操作系統(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算機，PLC的邏輯框圖如下圖所示。外設接口輸入部件I/O擴展單元輸出部件I/O擴展口ROMRAM后備電源電源CPU編程裝置計算機其他外設接收現(xiàn)場信號驅動受控元件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)。一個是字處理器，多為8位或16位的微處理器．另一個是位處理器，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

下圖是用單片機實現(xiàn)過程控制的典型結構原理框圖。程序存儲器EPROMI/O打印機繪圖儀

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