王建华计算机控制技术课件 第2章

1、第第2章章 工业计算机简介工业计算机简介计算机控制技术计算机控制技术2.1 工业控制机的特点工业控制机的特点工业控制机也称工业计算机工业控制机也称工业计算机IPC(industrial personal computer，以下简称工控机，以下简称工控机)。它主要特点如下：。它主要特点如下：1.可靠性高可靠性高 平均无故障工作时间平均无故障工作时间(MTBF)达到几万小时。达到几万小时。2.实时性好实时性好 配有实时多任务操作系统配有实时多任务操作系统(RTDOS)。3.环境适应性强环境适应性强 对温度湿度变化范围要求高；有防尘、防对温度湿度变化范围要求高；有防尘、防腐蚀、防振动冲击的能力腐蚀、

2、防振动冲击的能力;有较好的电磁兼容性和高抗干扰有较好的电磁兼容性和高抗干扰能力及高共模抑制的能力。能力及高共模抑制的能力。4.过程输入和输出配套较好过程输入和输出配套较好 如模拟量、开关量、脉冲量、频如模拟量、开关量、脉冲量、频率量等输入输出模板。率量等输入输出模板。第第2章章 工业计算机简介工业计算机简介 第第2章章 工业计算机简介工业计算机简介计算机控制技术计算机控制技术5.系统扩充性好系统扩充性好6.系统开放性系统开放性 主机接口、网络通信、软件兼容及升级等方面遵守主机接口、网络通信、软件兼容及升级等方面遵守开放性原则。开放性原则。7.控制软件包功能强控制软件包功能强 ，如组态软件如组态

3、软件。8.系统通信功能强系统通信功能强 具有串行通信、网络通信功能具有串行通信、网络通信功能。 9.后备措施齐全后备措施齐全 包括供电后备，存储器信息保护，手动自动操包括供电后备，存储器信息保护，手动自动操作后备，紧急事故切换装置等。作后备，紧急事故切换装置等。 10.具有冗余性具有冗余性 括双控制站、双操作站、双网通信；双供括双控制站、双操作站、双网通信；双供电系统、双电源等，具有双机切换功能，双机监视软件等，电系统、双电源等，具有双机切换功能，双机监视软件等，以确保系统长期不间断地运行。以确保系统长期不间断地运行。第第2章章 工业计算机简介工业计算机简介计算机控制技术计算机控制技术2.2

4、工业控制机的分类工业控制机的分类按照所采用的总线标准类型可将工业控制机分成下列四类：按照所采用的总线标准类型可将工业控制机分成下列四类：1. PC总线工控机总线工控机 有有ISA总线、总线、VESA局部总线局部总线(VLBUS)、PCI总线、总线、PC104总线等几种类型工控机，主机总线等几种类型工控机，主机CPU类型有类型有80386、80486、Pentium等。等。2. STD总线工控机总线工控机 它采用它采用STD总线，主机总线，主机CPU类型有类型有80386、80486、Pentium 等，另外与等，另外与STD总线相类似的尚有总线相类似的尚有STE总线工控机。总线工控机。3. V

5、ME总线工控机总线工控机 它采用它采用VME总线，主机总线，主机CPU类型以类型以Motoro1a公司的公司的M68000、M68020和和M68030为主。为主。4. 多总线工控机多总线工控机 它采用它采用MULTIbus总线，以总线，以INTEL工控机为代表，主机工控机为代表，主机CPU类型有类型有80386、80486和和Pentium等。等。广义而言，工控机的类型更广些，主要有广义而言，工控机的类型更广些，主要有IPC工控机，工控机，PLC可编可编程序控制器，专用控制机以及其他类型的工控机，智能控制器等。程序控制器，专用控制机以及其他类型的工控机，智能控制器等。 第第2章章 工业计算机

6、简介工业计算机简介计算机控制技术计算机控制技术2.3 总线式工控机总线式工控机 2.3.1 STD总线总线1. 总线标准总线标准STD总线最早由总线最早由PRO-LOG公司在公司在1978年推出，正式标准为年推出，正式标准为IEEE961标准。标准。2. 支持的处理机系统支持的处理机系统STD总线可支持总线可支持16、32位处理机；如位处理机；如8086、68000、80286。3. 总线的基本组成总线的基本组成STD总线由总线由56根线组成。根线组成。56根线按功能分为根线按功能分为4组。组。最早的最早的STD总线定义为：总线定义为：8根双向数据线，根双向数据线，16根地址线，两根总线控制线

7、和根地址线，两根总线控制线和10根电根电源和地线。源和地线。控制信号线又分：存储器、控制信号线又分：存储器、IO控制线，外围设备定时，时钟和复位，中断和总控制线，外围设备定时，时钟和复位，中断和总线控制，串行优先链和线控制，串行优先链和CPU状态。状态。第第2章章 工业计算机简介工业计算机简介计算机控制技术计算机控制技术4. 总线的数据传输控制方式总线的数据传输控制方式 STD总线采用同步方式进行数据传输。总线采用同步方式进行数据传输。5. 支持中断能力支持中断能力原始的原始的STD总线只有两条中断控制线，对中断的控制能力很差。总线只有两条中断控制线，对中断的控制能力很差。6. 支持多主的能力

8、支持多主的能力 原始的原始的STD总线只有两条总线控制信号线，因此，支持多主的能力是很差的。总线只有两条总线控制信号线，因此，支持多主的能力是很差的。 7. 电源总线电源总线STD的电源总线由的电源总线由5V、12V和地几种信号线组成。和地几种信号线组成。8. 模板尺寸模板尺寸 11.416.5cm。(4.56.5inch)。9. 系统的技术特点系统的技术特点(1)小板结构，机械强度大，抗振动、冲击能力强小板结构，机械强度大，抗振动、冲击能力强。(2)严格的标准化、模块化结构，严格的标准化、模块化结构，使得不同厂家的产品容易兼容。使得不同厂家的产品容易兼容。 (3)可靠性高可靠性高 RO-LO

9、G的的STD产品保修期为产品保修期为5年。年。第第2章章 工业计算机简介工业计算机简介计算机控制技术计算机控制技术2.3.2 PC总线总线1. PC总线工业控制机主要特点总线工业控制机主要特点(1)兼容性好、升级容易兼容性好、升级容易 (2)性能价格比高性能价格比高 (3)丰富的软件支持丰富的软件支持 (4)通信功能强通信功能强 (5)可靠性高可靠性高 工业工业PC均比普通均比普通PC提高提高23倍。倍。2. PC总线工业控制机体系结构总线工业控制机体系结构工业工业PC(IPC)是以是以PC总线总线(ISA，VESA，PCI总线总线)为基础构成的工业计算为基础构成的工业计算机。机。第第2章章

10、工业计算机简介工业计算机简介计算机控制技术计算机控制技术IPC构成图如下所示。构成图如下所示。打印机打印机硬盘硬盘键盘键盘软驱软驱彩色显示器彩色显示器显示卡显示卡ALLINONE 主机板主机板扩充模板扩充模板扩充模板扩充模板光驱光驱电源电源串行口串行口RS-232C打印口打印口键盘口键盘口IDE口口ISA BUSIPC构成原理构成原理 第第2章章 工业计算机简介工业计算机简介计算机控制技术计算机控制技术3. 工业控制机机械结构工业控制机机械结构 下图描述了工业下图描述了工业PC机械结构组成。机械结构组成。 防尘与保证运行安全的带锁门防尘与保证运行安全的带锁门电源、硬盘及键盘的状态指示灯电源、硬

11、盘及键盘的状态指示灯RESET键、键、KEYBOARD-LOCK键键带可拆卸空气带可拆卸空气过滤器的面板过滤器的面板双冷却风扇建立双冷却风扇建立空气正压力，经空气正压力，经过滤的空气在机过滤的空气在机箱内流通箱内流通300W工业开关电源工业开关电源可拆卸式光驱、软可拆卸式光驱、软驱框架驱框架防震的可调节夹钳防震的可调节夹钳用于安展电缆的面用于安展电缆的面板板装特殊连接器或扩装特殊连接器或扩加固型金属机箱加固型金属机箱14槽槽PC总线底版总线底版电源电源on/off键键第第2章章 工业计算机简介工业计算机简介计算机控制技术计算机控制技术4.PC总线标准规范总线标准规范ISA总线较为成熟，工业总线

12、较为成熟，工业PC机主要以机主要以ISA总线、总线、PCI总线为主流总线为主流ISA总线信号定义总线信号定义ISA总线的总线的98根信号线如下图所示根信号线如下图所示 62+36第第2章章 工业计算机简介工业计算机简介计算机控制技术计算机控制技术第第2章章 工业计算机简介工业计算机简介计算机控制技术计算机控制技术信号线定义如下：信号线定义如下：CLK (输出，第输出，第B20脚脚) 是一个是一个8MHz系统时钟信号。系统时钟信号。RESET (输出，第输出，第B2脚脚) 在系统上电或从过电压恢复时复位或初始化系统在系统上电或从过电压恢复时复位或初始化系统逻辑。逻辑。 SA0SA19 (输入输出

13、，第输入输出，第A3112脚脚), LA17LA23 (输入输出，第输入输出，第C8C2脚脚)为地址线为地址线.SD0SD15 (输入输出，第输入输出，第A9A2脚、脚、C11C18脚脚) 16位数据总线，位数据总线，SD0是最低有效位，是最低有效位，SD15是最高有效位。是最高有效位。 IRQ3IRQ7，IRQ9IRQ12，IRQ14IRQ15 (输入第输入第B25B21，B4，D3D7脚脚)为中断请求信号。它们用来通知微处理器注意为中断请求信号。它们用来通知微处理器注意IO装置的请求。装置的请求。 第第2章章 工业计算机简介工业计算机简介计算机控制技术计算机控制技术 (输入输出，第输入输出

14、，第B14脚脚) 为为IO读信号，它指示读信号，它指示IO装置把数据装置把数据送到数据总线上。送到数据总线上。 (输入输出，第输入输出，第B13脚脚) 为为IO写信号，它指示写信号，它指示IO装置读取数装置读取数据总线上的数据。据总线上的数据。 AEN (输出，第输出，第A11脚脚) 为地址允许信号，用于把微处理器及其他装置为地址允许信号，用于把微处理器及其他装置从从IO通道上释放以便能够执行通道上释放以便能够执行DMA传送。当此线有效时，传送。当此线有效时，DMA控制器控制器将控制地址总线，数据总线读取命令线将控制地址总线，数据总线读取命令线(存储器和存储器和IO通道通道)及写命令线及写命令

15、线(存存储器和储器和IO)。 (输入，第输入，第D2脚脚)“IO 16位芯片选择位芯片选择”用来通知系统主板，用来通知系统主板，当前的数据传送是一个当前的数据传送是一个16位的、等待状态的位的、等待状态的IO周期。它的驱动来自地址周期。它的驱动来自地址的译码。的译码。 ISA总线可提供总线可提供24位存储器地址，数据访问可选择位存储器地址，数据访问可选择8位或位或16位。位。 IORIOW16/OCSI第第2章章 工业计算机简介工业计算机简介计算机控制技术计算机控制技术2.3.3 MULTIbus总线总线1. 总线标准的形成过程及其标准总线标准的形成过程及其标准 1982年完成标准化工作，年完

16、成标准化工作，MULTIbus为为IEEE796标准。标准。 2. 支持的处理机支持的处理机多总线几乎支持所有的多总线几乎支持所有的8位到位到32位的处理机，是一种非常灵活的总线。位的处理机，是一种非常灵活的总线。3. 总线的基本组成总线的基本组成 多总线底板上有两排连接器：多总线底板上有两排连接器：P1和和P2。IEEE796标准定义了标准定义了P1的的86根线和根线和P2的的4根线。这根线。这90条信号线可分成以下几类：条信号线可分成以下几类：25条地址线条地址线 2条禁止线条禁止线 16条数据线条数据线 9条控制线条控制线9条中断线条中断线 5条总线交换线条总线交换线24条电源线条电源线

17、第第2章章 工业计算机简介工业计算机简介计算机控制技术计算机控制技术4. 总线的数据传输控制方式总线的数据传输控制方式 异步方式。异步方式。5. 支持中断能力：支持中断能力：8条中断请求线、条中断请求线、1条中断应答信号线，中断支持能条中断应答信号线，中断支持能力是很强的。力是很强的。6. 支持多主能力：支持多主能力： 多总线支持多总线支持16个主设备。个主设备。 7. 电源电压：多总线中提供了数目很大的电源线和地线，包括电源电压：多总线中提供了数目很大的电源线和地线，包括5V、12V的电压，地线则定义了电源地和信号地两种，工业控制应用极为的电压，地线则定义了电源地和信号地两种，工业控制应用极

18、为方便。方便。 8. 板子尺寸板子尺寸 304.8cm171.5cm(12inch 6.75inch) 9. 总线连接器的形式：总线连接器的形式：MULTIbus总线连接器采用两个边缘连接器。总线连接器采用两个边缘连接器。10.特点：特点： 支持各种体系结构，包括单处机和多处理机体系结构，支持各种体系结构，包括单处机和多处理机体系结构， 结构原理简单。结构原理简单。 支持的处理机范围很广，从支持的处理机范围很广，从8位到位到32位。位。 具有实时多任务操作系统具有实时多任务操作系统RMX86系列的支持。系列的支持。 第第2章章 工业计算机简介工业计算机简介计算机控制技术计算机控制技术2.4 2

19、.4 可编程控制器可编程控制器PLCPLC2.4.1 PLC2.4.1 PLC的基本组成的基本组成PLCPLC是一种以微处理器为核心的用作控制的特殊计算机，是一种以微处理器为核心的用作控制的特殊计算机， PLCPLC的逻辑框图的逻辑框图如下图所示。如下图所示。 外设接口外设接口输入部件输入部件I/O扩展单元扩展单元输出部件输出部件I/O扩展口扩展口ROMRAM后备电源后备电源电源电源CPU编程装置编程装置 计算机计算机 其他外设其他外设 接收现场信号接收现场信号驱动受控元件驱动受控元件 PLC逻辑框图逻辑框图 第第2章章 工业计算机简介工业计算机简介计算机控制技术计算机控制技术2.4.2 PL

20、C2.4.2 PLC各组成部分各组成部分1.1.中央处理单元中央处理单元CPUCPU一般的中型可编程控制器多为双微处理器系统。一个是字处理器，多为一般的中型可编程控制器多为双微处理器系统。一个是字处理器，多为8 8位或位或1616位位 的微处理器另一个是位处理器，也称布尔处理器。的微处理器另一个是位处理器，也称布尔处理器。2.2.存储器存储器在可编程控制器系统中，存储器主要存放系统程序、用户程序及工作数据在可编程控制器系统中，存储器主要存放系统程序、用户程序及工作数据。由。由PROMPROM，EPROMEPROM，EEPROMEEPROM，MMCMMC及及RAMRAM等组成。等组成。3.3.输

21、入输出部件输入输出部件I IO O单元主要类型有：数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输单元主要类型有：数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出等。出等。 第第2章章 工业计算机简介工业计算机简介计算机控制技术计算机控制技术2.5 2.5 单片机单片机 下图是用单片机实现过程控制的典型结构原理框图。下图是用单片机实现过程控制的典型结构原理框图。程序存储器程序存储器 EPROMI/O打印机打印机绘图仪绘图仪 显示器显示器键盘键盘程序存储器程序存储器 RAMI/O 扩扩展展数字量测量数字量测量模拟量测量模拟量测量开关量控制开关量控制开关量控制开关量控制光电隔离光电隔离光电隔离光电隔离光电隔离光电隔离A/DD/A单单 片片机机I/O测控部分测控部分基本部分基本部分外设部分外设部分单片机过程控制原理框图单片机过程控制原理框图 第第2章章 工业计算机简介工业计算机简介计算机控制技术计算机控制技术2.6单回路数字调节器单回路数字调节器单回路数字调节器单回路数字调节器(Sing1e Strategy Controller，简称，简称SSC)是一种以微处理是一种以微处理器或单片微型计算机为核心，能完成生产过程器或单片