第二章 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)

《課程名稱》課件第2章工業(yè)控制計(jì)算機(jī)《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》走信息路讀北郵書

2.1

工控機(jī)2.2

可編程控制器2.3

單片微型計(jì)算機(jī)工控機(jī)2.12.1.2工控機(jī)的總線結(jié)構(gòu)2.1.1

工控機(jī)的組成與特點(diǎn)2.1.3工控機(jī)I/O模塊2.1.4工控機(jī)的主要類型及其選型可編程控制器2.22.2.2

可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)2.2.1

可編程控制器的特點(diǎn)與分類2.2.3可編程控制器產(chǎn)品單片微型計(jì)算機(jī)2.32.3.2

單片機(jī)特性及應(yīng)用系統(tǒng)2.3.1

單片機(jī)的特點(diǎn)與發(fā)展趨勢2.3.3

單片機(jī)產(chǎn)品與選擇工控機(jī)的組成與特點(diǎn)2.1.1工業(yè)控制計(jì)算機(jī),簡稱工控機(jī),也稱為工業(yè)計(jì)算機(jī)IPC。（IndustrialPersonalComputer）它主要用于工業(yè)過程測量、控制、數(shù)據(jù)采集等工作。

以工控機(jī)為核心的測量和控制系統(tǒng)，處理來自工業(yè)系統(tǒng)的輸入信號，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2.2工控機(jī)的硬件組成⑵系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線可分為內(nèi)部總線和外部總線。內(nèi)部總線是工控機(jī)內(nèi)部各組成部分之間進(jìn)行信息傳送的公共通道，是一組信號線的集合。常用的內(nèi)部總線有IBMPC總線和STD總線。外部總線是工控機(jī)與其它計(jì)算機(jī)和智能設(shè)備進(jìn)行信息傳送的公共通道，常用外部總線有RS-232C、RS485和IEEE-488通信總線。

⑴主機(jī)板是工業(yè)控制機(jī)的核心，由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（RAM、ROM）和I/O接口等部件組成。主機(jī)板的作用是將采集到的實(shí)時(shí)信息按照預(yù)定程序進(jìn)行必要的數(shù)值計(jì)算、邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理，及時(shí)選擇控制策略并將結(jié)果輸出到工業(yè)過程。⑶人-機(jī)接口人-機(jī)接口包括顯示器、鍵盤、打印機(jī)以及專用操作顯示臺(tái)等。通過人-機(jī)接口設(shè)備，操作員與計(jì)算機(jī)之間可以進(jìn)行信息交換。

⑷通信接口通信接口是工業(yè)控制機(jī)與其它計(jì)算機(jī)和智能設(shè)備進(jìn)行信息傳送的通道。常用IEEE-488、RS-232C和RS485接口。為方便主機(jī)系統(tǒng)集成，USB總線接口技術(shù)正日益受到重視。

⑸輸入/輸出模板是工控機(jī)和生產(chǎn)過程之間進(jìn)行信號傳遞和變換的連接通道。包括模擬量輸入通道（AI）、模擬量輸出通道（AO）、數(shù)字量（開關(guān)量）輸入通道（DI）、數(shù)字量（開關(guān)量）輸出通道（DO）。

⑹系統(tǒng)支持系統(tǒng)支持功能主要包括：①監(jiān)控定時(shí)器：俗稱“看門狗”（Watchdog）。②電源掉電監(jiān)測：③后備存儲(chǔ)器：④實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘⑺磁盤系統(tǒng):半導(dǎo)體虛擬磁盤，軟盤,硬盤或USB磁盤

工控機(jī)的軟件組成2⑴系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件用來管理IPC的資源，并以簡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，如美國Intel公司的iRMX86實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。除了實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)以外，也常使用MS-DOS，特別是Windows軟件。⑵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、高級語言、編譯程序、編輯程序、調(diào)試程序、診斷程序等。⑶應(yīng)用軟件是系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員針對某個(gè)生產(chǎn)過程而編制的控制和管理程序。通常包括過程輸入輸出程序、過程控制程序、人-機(jī)接口程序、打印顯示程序和公共子程序等。工控機(jī)的特點(diǎn)3⑴可靠性高；⑵實(shí)時(shí)性好；⑶環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；⑷豐富的輸入輸出模板；⑸系統(tǒng)擴(kuò)充性和開放性好；⑹控制軟件包功能強(qiáng)；⑺系統(tǒng)通信功能強(qiáng)；⑻冗余性。IPC工控機(jī)的總線結(jié)構(gòu)2.1.2微機(jī)系統(tǒng)采用由大規(guī)模集成電路LSI芯片為核心構(gòu)成的插件板，多個(gè)不同功能的插件板與主機(jī)板共同構(gòu)成微機(jī)系統(tǒng)。構(gòu)成系統(tǒng)的各類插件板之間的互聯(lián)和通信通過系統(tǒng)總線來完成。這里的系統(tǒng)總線不是指中央處理器內(nèi)部的三類總線，而是指系統(tǒng)插件板交換信息的板級總線。這種系統(tǒng)總線就是一種標(biāo)準(zhǔn)化的總線電路，它提供通用的電平信號來實(shí)現(xiàn)各種電路信號的傳遞。同時(shí)，總線標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上是一種接口信號的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。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，也稱為系統(tǒng)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。內(nèi)部總線1⑴ISA總線

IBMPC總線是針對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總線插槽有一長一短兩個(gè)插口，長插口有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。D18D1C18C1B31B1A31A1ISA總線插槽⑵PCI總線

PCI總線（PeripheralComponentInterconnect，外圍部件互連總線）是介于CPU芯片級總線與系統(tǒng)總線之間的一級總線。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引腳信號如表2.2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)線接口控制信號中斷信號64位總線擴(kuò)展信號接口控制支持高速緩存信號邊界掃描信號系統(tǒng)仲裁出錯(cuò)報(bào)告必需的可選的圖2.2PCI總線引腳

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。常用的外部總線有IEEE-488并行總線、RS-232C串行總線和RS485通信總線。外部總線2工控機(jī)I/O模塊

采用工控機(jī)對生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備進(jìn)行控制，首先要將各種測量的參數(shù)讀入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)要將處理后的結(jié)果進(jìn)行輸出，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后以控制生產(chǎn)過程。對于一個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)，除了IPC主機(jī)外，還應(yīng)配備各種用途的輸入輸出（I/O）接口部件。I/O接口的基本功能是連接計(jì)算機(jī)與工業(yè)生產(chǎn)控制對象，進(jìn)行必要的信息傳遞和變換。工業(yè)控制需要處理和控制的信號主要有模擬量信號和數(shù)字量信號（開關(guān)量信號）兩類。

2.1.3輸入/輸出信息來源及用途信息種類相應(yīng)的接口模板產(chǎn)品來自現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的模擬電信號溫度、壓力、位移、速度、流量等模擬量輸入信息模擬量輸入模板執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制執(zhí)行、記錄等（模擬電流/電壓）模擬量輸出信息模擬量輸出模板限位開關(guān)狀態(tài)、數(shù)字裝置的輸出數(shù)碼、接點(diǎn)斷通狀態(tài)、‘0’‘1’電平變化數(shù)字量輸入信息數(shù)字量輸入模板執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行、報(bào)警顯示蜂鳴器、其他（數(shù)字量）數(shù)字量輸出信息數(shù)字量輸出模板流量計(jì)算、電功率計(jì)算、速度、長度測量等脈沖形式輸入信號脈沖量輸入信號脈沖計(jì)數(shù)/處理模板操作中斷、事故中斷、報(bào)警中斷及其它需要中斷的輸入信號中斷輸入信號多通道中斷控制模板前進(jìn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)控制信號輸出間斷信號輸出步進(jìn)馬達(dá)控制模板串行/并行通信信號通信收發(fā)信號RS232/RS422通信模板遠(yuǎn)距離輸入/輸出模擬（數(shù)字）信號模/數(shù)遠(yuǎn)端信息遠(yuǎn)程（REMOTEI/O）模塊部分I／O模板的用途對照表⑴模擬量輸入模板主要指標(biāo)①輸入信號量程：即所能轉(zhuǎn)換的電壓（電流）范圍。有0~200mV，0~5V，0~10V，±2.5V，±5V，110V，0~10mA，4~20mA等多種范圍。②分辨率：定義為基準(zhǔn)電壓與2n-1的比值，其中n為D/A轉(zhuǎn)換的位數(shù)。有8位、10位、12位、16位之分。分辨率越高，轉(zhuǎn)換時(shí)對輸入模擬信號變化的反映就越靈敏，③精度：指A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出電壓與理論值之間的誤差。有絕對精度和相對精度兩種表示法。通常采用數(shù)字量的最低有效位作為度量精度的單位，如±1/2LSB。模擬量輸入/輸出模塊1④輸入信號類型：電壓或電流型；單端輸入或差分輸入。⑤輸入通道數(shù)：單端/差分通道數(shù)，與擴(kuò)充板連接后可擴(kuò)充通道數(shù)。⑥轉(zhuǎn)換速率：30000采樣點(diǎn)/s，50000采樣點(diǎn)/s，或更高。⑦可編程增益：1~1000增益系數(shù)編程選擇。⑧支持軟件：性能良好的模板可支持多種應(yīng)用軟件并帶有多種語言的接口及驅(qū)動(dòng)程序。⑵模擬量輸出模板主要技術(shù)指標(biāo)①分辨率：與A/D轉(zhuǎn)換器定義相同。②穩(wěn)定時(shí)間：又稱轉(zhuǎn)換速率，是指D/A轉(zhuǎn)換器中代碼有滿度值的變化時(shí)，輸出達(dá)到穩(wěn)定（一般穩(wěn)定到與±1/2最低位值相當(dāng)?shù)哪M量范圍內(nèi)）所需的時(shí)間，一般為幾十個(gè)毫微秒到幾個(gè)毫微秒。③輸出電平：不同型號的D/A轉(zhuǎn)換器件的輸出電平相差較大，一般為5~10V，也有一些高壓輸出型為24~30V。電流輸出型為4~20mA，有的高達(dá)3A級。④輸入編碼：如二進(jìn)制BCD碼、雙極性時(shí)的符號數(shù)值碼、補(bǔ)碼、偏移二進(jìn)制碼等。⑤編程接口和支持軟件：與A/D轉(zhuǎn)換器相同。在工業(yè)控制現(xiàn)場，除隨時(shí)間而連續(xù)變化的模擬量外，還有各種兩態(tài)開關(guān)信號可視為數(shù)字量（開關(guān)量）信號。數(shù)字量模板實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場的各類開關(guān)信號的輸入輸出控制。數(shù)字量輸入、輸出板分為非隔離型和隔離型兩種，隔離型一般采用光電隔離，少數(shù)采用磁電隔離方法。數(shù)字量輸入模板（DI）將被控對象的數(shù)字信號或開關(guān)狀態(tài)信號送給計(jì)算機(jī)，或把雙值邏輯的開關(guān)量變換為計(jì)算機(jī)可接收的數(shù)字量。數(shù)字量輸出板（DO）把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號傳送給開關(guān)型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制它們的通、斷或指示燈的亮、滅等。數(shù)字量通道模板從輸入輸出功能上可分為單純的數(shù)字量輸入板、數(shù)字量輸出板和數(shù)字量雙向通道板（DI/DO）。數(shù)字量輸入/輸出模塊2ADVANTECH（臺(tái)灣研華）

CONTEC（康泰克）

康拓公司

PCL-72324DI，有中斷

PCL-722

144DIO，TTL電平

PCL-720PCL-72532DI，TTL電平32DO，TTL電平

8DI，隔離8路繼電器輸出

PIO-16/16L（PC）H

PIO-32/32T，（PC）

PIO-48D（PC）

IPC-5132IPC-5136

PIO-96W（PC）

IPC-5137IPC-5387

部分?jǐn)?shù)字量輸入輸出模板產(chǎn)品

⑴信號調(diào)理板在工業(yè)控制中，由傳感器輸出的電信號不一定滿足A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字量輸入的要求，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸入通道中應(yīng)采取對現(xiàn)場信號進(jìn)行放大、濾波、線性化、隔離和保護(hù)等措施，使輸入信號能夠滿足數(shù)據(jù)采集要求，控制系統(tǒng)的輸出通道也存在同樣問題。信號調(diào)理是指將現(xiàn)場輸入信號經(jīng)過隔離放大，成為工控機(jī)能夠接收到的統(tǒng)一信號電平以及將計(jì)算機(jī)輸出信號經(jīng)過放大、隔離轉(zhuǎn)換成工業(yè)現(xiàn)場所需的信號電平的處理過程。其它模塊3⑵通信模板通信模板是為實(shí)現(xiàn)PC之間以及PC與其它設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信而設(shè)計(jì)的外圍模板,有智能型和非智能型兩種，通信方式采用RS232或RS485方式或兩者兼而有之，以串行方式進(jìn)行通信，波特率為75~56000bps，通道數(shù)4~16可供選擇。⑶遠(yuǎn)程I/O模塊遠(yuǎn)程I/O模塊可放置在生產(chǎn)現(xiàn)場，將現(xiàn)場的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號，經(jīng)遠(yuǎn)程通信線路傳送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。因各模塊均采用隔離技術(shù)，可方便的與通信網(wǎng)絡(luò)相連，大大減少了現(xiàn)場接線的成本。目前的遠(yuǎn)程I/O模塊采用RS485標(biāo)準(zhǔn)總線，并正在向現(xiàn)場總線方向發(fā)展。智能通用I/O模板（UniversalIntelligentInput/OutputModle，簡稱UIO）是一種智能化的多功能通用I/O模板。由UIO-CPU主模板和UIO-AD子模板組成。

UIO主模板帶有自己的微處理器和2K字節(jié)雙口RAM，可實(shí)現(xiàn)與CPU的高速信息交換；帶有32點(diǎn)的數(shù)字量輸入輸出、3路計(jì)數(shù)器/定時(shí)器接口和1M容量的存儲(chǔ)器；板上還有固化的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核和通用控制軟件。智能通用I/O單元－UIO板

4其它功能模板包括計(jì)數(shù)器/定時(shí)器模板，固態(tài)電子盤模板，步進(jìn)電機(jī)控制模板等。工控機(jī)長期連續(xù)地運(yùn)行在惡劣的環(huán)境中，有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的軟盤或硬盤容易出現(xiàn)故障，以固態(tài)電子盤代替軟盤或硬盤的工作，極大的提高了工控機(jī)的可靠性和存取速度。目前電子盤使用的器件有EPROM，SRAM（靜態(tài)RAM），EEPROM（電可擦寫存儲(chǔ)器），NOVRAM（非易失性存儲(chǔ)器）和FLASHEPROM（快速存儲(chǔ)器）等。其它功能模塊5⑴盒式工業(yè)控制機(jī)（BOX-PC）此種機(jī)型體積小，質(zhì)量輕，可以掛在工廠中車間的墻壁上，或固定于機(jī)床的附壁上，適合工廠環(huán)境中的小型數(shù)據(jù)采集控制使用。⑵盤式工業(yè)控制機(jī)（PANEL-PC）此種機(jī)型將主機(jī)、觸摸屏式顯示器、電源、軟盤驅(qū)動(dòng)器和串行接口集中為一體化工業(yè)PC機(jī)，同樣具有體積小巧、重量輕的特點(diǎn)。是一種緊湊型的IPC機(jī)，非常適于作機(jī)電一體化的控制器。2.1.4工控機(jī)的主要類型及其選型工控機(jī)的主要類型1⑶ISA總線工業(yè)控制機(jī)（ISABUS-IPC）：它采用無源總線底板，插入一塊ALL-IN-ONE主板和顯示卡，連上軟、硬盤既可構(gòu)成。主板上帶串行、并行、鍵盤接口和看門狗（Watchdog）、定時(shí)器（Timer）等裝置。板上的槽口數(shù)目有多種選擇。機(jī)箱采用全鋼結(jié)構(gòu)，帶鎖的面板、內(nèi)部帶有防震壓條、雙冷卻風(fēng)扇、空氣過濾網(wǎng)罩，可以滿足工業(yè)控制現(xiàn)場的一般環(huán)境要求。⑷PCI總線工業(yè)控制機(jī)（PCIBUS-IPC）：采用IntelPentium芯片和PCI總線構(gòu)成。其主機(jī)速度及主機(jī)與外設(shè)（顯示及磁盤數(shù)據(jù)交換）間的交換速度又被提高到一個(gè)新的檔次。適合于操作員站、系統(tǒng)服務(wù)器和節(jié)點(diǎn)工作站之用。⑸VESA總線工業(yè)控制機(jī)（VESABUS-IPC）與ISA總線工業(yè)控制機(jī)相比，具有較高的顯示速度和I/O讀寫速度，適用于作監(jiān)控操作站，對實(shí)時(shí)圖像處理應(yīng)用更為適合。⑹工業(yè)級工作站（IndustrialWorkstation）這是一種將主機(jī)、顯示器、操作面板集成一體的IPC機(jī)?？蓱?yīng)用于監(jiān)控、控制站場合。⑺新型工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（NewTypeIPC）康泰克IPC-90

⑴選擇合適的主機(jī)檔次⑵根據(jù)應(yīng)用場合的不同，選擇合適的IPC機(jī)型號⑶內(nèi)存、外存配置根據(jù)“經(jīng)濟(jì)合理，留有擴(kuò)充余地”的原則選擇合適的IPC機(jī)根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的工控機(jī)2可編程控制器的特點(diǎn)與分類2.2.1可編程序控制器（ProgrammableLogicController）簡稱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。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)簡單，施工周期短可編程控制器的特點(diǎn)1

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。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種可編程控制器的分類2

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)?？筛鶕?jù)要求配置，方便靈活，適用于復(fù)雜生產(chǎn)控制的應(yīng)用場合。可編程控制器的基本結(jié)構(gòu)2.2.2

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2.5所示。對于模塊式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2.5整體式PLC硬件結(jié)構(gòu)框圖直流輸入電路原理圖

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)2可編程控制器產(chǎn)品2.2.3美國：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：西門子（SIEMENS）；莫迪康（MODICON）等。日本：歐姆龍（OMRON）、三菱（（MITSUBISHI）、日立（HITACHI）、富士（Fuji）和東芝（TOSHIBA）等。韓國：

LG、三星（SAMSUNG）。中國臺(tái)灣：臺(tái)達(dá)等。單片機(jī)的特點(diǎn)與發(fā)展趨勢2.3.1單片機(jī)的特點(diǎn)1⑴集成度高、體積?、泼嫦蚩刂?、功能強(qiáng)

⑶抗干擾能力強(qiáng)

⑷使用方便

⑸性能價(jià)格比高

⑹容易產(chǎn)品化

單片機(jī)的發(fā)展趨勢2⑴單片機(jī)長壽命

⑵8位、16位、32位單片機(jī)共同發(fā)展

⑶單片機(jī)速度越來越快

⑷低電壓與低功耗

⑸低噪聲與高可靠性技術(shù)

⑹MTP向OTP挑戰(zhàn)

單片機(jī)特性及應(yīng)用系統(tǒng)2.3.2

AT89S52單片機(jī)是AT89S系列中的增強(qiáng)型產(chǎn)品，采用了ATMEL公司所技術(shù)領(lǐng)先的Flash存儲(chǔ)器，是一低功耗、高性能，采用CMOS工藝制造的8位單片機(jī)。主要特性如下：8位字長的CPU；可在線ISP編程的8KB片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器；256B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；可編程的32根I/O口線（P0~P3）；4.0V~5.5V電壓操作范圍；3個(gè)可編程定時(shí)器；雙數(shù)據(jù)指針DPTR0和DPTR1