计算机控制技术第二章

1、有关本课程学习的几点建议 本课程属于专业课,多媒体上课,信息量大,速度块;课件内容比较多,上课重点讲解一些内容;有些内容作为扩展知识面,课堂不进行讲解,考试不做要求（自学）; 本门的课程的难点在于:(1)和前续课程的联系,温故而知新；记笔记;(2)前沿性的东西很多,新技术,新设备不断推陈出新,培养自己自学能力 要求:学生把本课件通读一遍,了解本们课程的一个总体轮廓; 第二章第二章 工业控制计算机工业控制计算机IPCIPC （Industrial Personal Computer）2.1 2.1 工控机（工控机（掌握掌握）2.2 2.2 可编程逻辑器（可编程逻辑器（PLCPLC）（了解）（了解

2、）2.3 2.3 嵌入式系统（了解）嵌入式系统（了解）2.1.12.1.1工控机的组成与特点工控机的组成与特点工业控制计算机工业控制计算机, ,简称工控机简称工控机, ,也称为工业计算机也称为工业计算机IPC IPC 。 （Industrial Personal ComputerIndustrial Personal Computer）它主要用于工业过程测量、控制、数据处理等工作它主要用于工业过程测量、控制、数据处理等工作 以工控机为核心的测量和控制系统，处理来自工业系统的输入以工控机为核心的测量和控制系统，处理来自工业系统的输入信号，再根据控制要求将处理结果输出到执行机构，去控制生信号，再根

3、据控制要求将处理结果输出到执行机构，去控制生产过程，同时对生产进行监督和管理。产过程，同时对生产进行监督和管理。典型的工控机由加固型工业机箱、工业电源、主机板、显示板、典型的工控机由加固型工业机箱、工业电源、主机板、显示板、硬盘驱动器、光盘驱动器、各类输入硬盘驱动器、光盘驱动器、各类输入/输出接口模块、显示器、输出接口模块、显示器、键盘、鼠标、打印机等组成。键盘、鼠标、打印机等组成。工控机硬件组成工控机硬件组成1图图1 工控机机箱图工控机机箱图图图2 主板图主板图图图3 底板图底板图图图4 IPC的硬件组成框图的硬件组成框图2 2系统总线（内部总线和外部总线）系统总线（内部总线和外部总线） 内

4、部总线是内部总线是IPCIPC内部各组成部分进行信息传送的公共通道内部各组成部分进行信息传送的公共通道, ,是是一组信号线的集合一组信号线的集合. .常用的内部总线有常用的内部总线有ISA PCISA PC总线和总线和PCIPCI总线等。总线等。 外部总线是外部总线是IPCIPC与其它计算机或智能设备进行信息传送的公共与其它计算机或智能设备进行信息传送的公共通道通道。常用的外部总线有。常用的外部总线有RS-232CRS-232C、RS-485RS-485和和USBUSB通信总线等。通信总线等。1 1主机板主机板 主机板由中央处理器（主机板由中央处理器（CPUCPU）、内存储器（）、内存储器（R

5、AMRAM、ROMROM）等部）等部件组成件组成, ,它是它是IPCIPC的核心。的核心。3 3输入输出模板输入输出模板 模拟量和数字量输入输出通道。模拟量和数字量输入输出通道。4 4人人- -机接口机接口 人机接口是人与计算机交流的一种外设人机接口是人与计算机交流的一种外设. .它由标准的它由标准的PCPC键盘、键盘、鼠标、显示器和打印机等组成。鼠标、显示器和打印机等组成。5.5.通信接口通信接口 通信接口是通信接口是IPCIPC和其它计算机或智能外设的接口和其它计算机或智能外设的接口, ,常用的常用的接口有接口有RS-232CRS-232C、RS-485RS-485和和USBUSB等接口。

6、等接口。6 6系统支持板系统支持板IPCIPC的系统支持板主要包括如下部分：的系统支持板主要包括如下部分：（1 1）程序运行监视系统）程序运行监视系统, ,即看门狗定时器：当系统出现异常时能即看门狗定时器：当系统出现异常时能使系统自动复位使系统自动复位, ,恢复运行恢复运行. .（2 2）电源掉电检测：其目的是为了及时检测到电源掉电后）电源掉电检测：其目的是为了及时检测到电源掉电后, ,立即立即保护当时的重要数据和各寄存器的状态保护当时的重要数据和各寄存器的状态. .（3 3）保护重要数据的后备存储器：采用带有后备电池的）保护重要数据的后备存储器：采用带有后备电池的SRAMSRAM、NOVRA

7、MNOVRAM、EEPROM,EEPROM,能在系统掉电后保证数据不丢失能在系统掉电后保证数据不丢失. .（4 4）实时日历时钟：用于定时自动执行某些控制功）实时日历时钟：用于定时自动执行某些控制功 能和自动记录某个控制是在何时发生的能和自动记录某个控制是在何时发生的. .7.7.磁盘系统磁盘系统 磁盘系统有半导体虚拟磁盘以及通用的软磁盘和硬磁盘或磁盘系统有半导体虚拟磁盘以及通用的软磁盘和硬磁盘或USBUSB盘。盘。工控机软件组成工控机软件组成21 1系统软件系统软件 系统软件用来管理系统软件用来管理IPCIPC的资源的资源, ,并以简便的形式向用户提供服务并以简便的形式向用户提供服务, ,包

8、括实时多任务操作系统包括实时多任务操作系统RTOSRTOS、引导程序、调度执行程序等、引导程序、调度执行程序等, ,其中其中操作系统是系统软件最基本的部分操作系统是系统软件最基本的部分, ,如如MS-DOSMS-DOS和和Windows Windows (XP/2007/2010)(XP/2007/2010)等系统软件等系统软件. .2.2.工具软件工具软件 工具软件是技术人员从事软件开发工作的辅助软件工具软件是技术人员从事软件开发工作的辅助软件, ,包括汇包括汇编语言、高级语言、编译程序、编辑程序、调试程序、诊断程编语言、高级语言、编译程序、编辑程序、调试程序、诊断程序等序等, ,借以提高软

9、件生产效率借以提高软件生产效率, ,改善软件产品质改善软件产品质量量.(.(KEIL,PROTELKEIL,PROTEL)3 3应用软件应用软件 应用软件是应用软件是系统设计人员针对某个生产过程现时编制的控系统设计人员针对某个生产过程现时编制的控制和管理程序制和管理程序, ,它往往涉及应用领域的专业知识它往往涉及应用领域的专业知识. .它包括过程输它包括过程输入程序、过程控制程序、过程输出程序、人机接口程序、打印入程序、过程控制程序、过程输出程序、人机接口程序、打印显示程序和控制程序等显示程序和控制程序等. .当今工业自动化的发展趋势是计算机当今工业自动化的发展趋势是计算机控制技术的控制与管理

10、一体化控制技术的控制与管理一体化, ,以便适应不断变化的市场需求以便适应不断变化的市场需求. .而工业控制的应用软件就起着关键性的作用而工业控制的应用软件就起着关键性的作用, ,因此它应具有通因此它应具有通用性、开放性、实时性、多任务性和网络化的特点用性、开放性、实时性、多任务性和网络化的特点. . 现在许多专业化公司开发生产了商品化的工业控制软件现在许多专业化公司开发生产了商品化的工业控制软件, ,如如数据采集软件、工控组态软件、过程仿真软件数据采集软件、工控组态软件、过程仿真软件等等, ,这些都为这些都为应用软件的开发提供了绝佳的使用平台应用软件的开发提供了绝佳的使用平台. .工控机的特点

11、工控机的特点（了解）（了解）3 IPCIPC是一种专用于是一种专用于工业场合工业场合下的控制计算机。一方面工业下的控制计算机。一方面工业环境常常处于环境常常处于高温、高湿、腐蚀、振动、冲击、灰尘高温、高湿、腐蚀、振动、冲击、灰尘, ,以及以及电磁电磁干扰严重、供电条件不良干扰严重、供电条件不良等等恶劣环境中；一方面工业生产过程等等恶劣环境中；一方面工业生产过程因行业、原料、产品的不同因行业、原料、产品的不同, ,而使生产过程、工艺要求也五花八而使生产过程、工艺要求也五花八门。这些都是门。这些都是工业自动化控制中要解决的重要课题工业自动化控制中要解决的重要课题。IPCIPC采用了采用了总线技术和

12、模板化结构总线技术和模板化结构, ,再加上采取了再加上采取了多重抗干扰措施多重抗干扰措施, ,因而使因而使IPCIPC系统具有其它计算机系统无法比拟的功能特点。系统具有其它计算机系统无法比拟的功能特点。1.1.可靠性和可维修性好可靠性和可维修性好2.2.实时性好实时性好 3.3.环境适应性强环境适应性强4.4.丰富的输入输出模板丰富的输入输出模板5.5.系统扩充性和开放性好系统扩充性和开放性好6.6.控制软件包功能强控制软件包功能强7.7.系统通信功能强系统通信功能强8.8.冗余性冗余性 2.1.22.1.2工控机的内部总线工控机的内部总线 内部总线是指微机内部各功能模块间进行通信的总线内部总

13、线是指微机内部各功能模块间进行通信的总线，。它是构成完整微机系统的内部信息枢纽。工业控制计算。它是构成完整微机系统的内部信息枢纽。工业控制计算机采用内部总线母板结构，母板上各插槽的引脚都连接在机采用内部总线母板结构，母板上各插槽的引脚都连接在一起，组成系统的多功能模板插入接口插槽，由内部总线一起，组成系统的多功能模板插入接口插槽，由内部总线完成系统内各模板之间的信息传送，从而构成完整的计算完成系统内各模板之间的信息传送，从而构成完整的计算机系统。各种型号的计算机都有自身的内部总线。机系统。各种型号的计算机都有自身的内部总线。 目前工控领域应用较多的内部总线有目前工控领域应用较多的内部总线有ST

14、D总线、总线、ISA总总线和线和PCI总线总线。 ISA总线总线1 IBM PC 总线是针对总线是针对 Intel8088微处理器而设计的，其第微处理器而设计的，其第一个标准是一个标准是 PC/XT 总线，它定义了总线，它定义了8位数据线和位数据线和 20位地址位地址和若干条控制线，共和若干条控制线，共 62引脚。为了和引脚。为了和 Intel80286 16位机兼位机兼容容，对，对 XT 总线在电气和机械特性上作了较大的扩充，在原总线在电气和机械特性上作了较大的扩充，在原来来 62引脚的基础上又增加了一个引脚的基础上又增加了一个 36引脚插座而形成引脚插座而形成 AT 总总线。线。AT 总线

15、将数据总线扩展为总线将数据总线扩展为16位，地址总线扩展到位，地址总线扩展到 24位，位，将中断扩充到将中断扩充到 15个并提供了中断共享功能，而个并提供了中断共享功能，而 DMA 通道也通道也扩充到扩充到 8个。个。AT总线也称总线也称 ISA （IndustryStandard Architecture）总线标准。）总线标准。 1989年，年，COMPAQ 公司联合公司联合 HP.AST 等等 9家计算机公家计算机公司，在司，在 ISA 总线基础上，推出了适应总线基础上，推出了适应 32位微处理器位微处理器的系统的系统总线标准总线标准 EISA （Extended IndustrialSt

16、andard Architecture）。）。 ISA总线插槽有一长一短两个插口，长插口有总线插槽有一长一短两个插口，长插口有62个引脚，个引脚，以以A31A1和和B31B1表示，分别列于插槽的两面；短插表示，分别列于插槽的两面；短插口有口有36个引脚，以个引脚，以C18C1和和D18D1表示，也分别列于表示，也分别列于插槽的两面。插槽的两面。ISA总线插槽如图所示。总线插槽如图所示。D18D1C18C1B31B1A31A1图图5 ISA总线插槽图总线插槽图 PCI总线总线2 PCI总线（总线（Peripheral Component Interconnect，外围部件互连总线）是介于外围部件

17、互连总线）是介于CPU芯片级总线与系统总线之芯片级总线与系统总线之间的一级总线。外设通过局部总线与间的一级总线。外设通过局部总线与CPU的数据传输率得的数据传输率得以大大提高。以大大提高。PCI总线支持总线支持64位数据传送、多总线主控模位数据传送、多总线主控模块和线性猝发读写和并发工作方式。块和线性猝发读写和并发工作方式。PCI引脚图如图引脚图如图6所所示。示。 其主要特点如下：其主要特点如下： PCI总线时钟为总线时钟为33MHz，与，与CPU时钟无关，总线带宽为时钟无关，总线带宽为32位，可扩充到位，可扩充到64位。位。 PCI传输率高：最大传输率为传输率高：最大传输率为133MB/s（

18、266MB/s），），能提高硬盘、网络界面卡的性能；充分发挥影像、图形及能提高硬盘、网络界面卡的性能；充分发挥影像、图形及各种高速外围设备的性能。各种高速外围设备的性能。 PCI采用数据线和地址线复用结构，减少了总线引脚数采用数据线和地址线复用结构，减少了总线引脚数，从而节省线路空间，降低设计成本。，从而节省线路空间，降低设计成本。03C/BE C/BEFRAMETRDYIRDYSTOPDEVSELIDSELPARPERRSERRREQGNTCLKRST3263AD AD47C/BE C/BEPAR64REQ64ACK64LOCKINTAINTBINTCINTDSBOSDONETDITDOTC

19、KTMSTRSTPC总线031AD AD地 址 和地 址 和数据线数据线接口控制接口控制信号信号中断信号中断信号64位总线位总线扩展信号扩展信号接口控制接口控制支持高速缓支持高速缓存信号存信号边 界 扫 描边 界 扫 描信号信号系统系统仲裁仲裁出错报告出错报告必需的必需的可选的可选的图图6 PCI总线总线引脚引脚图图20图图6 ISA和和PCI总线槽位图总线槽位图 PCI总线 坚实的坚实的PCI总线，是标准总线，是标准PCI总线的改进。更加可靠，总线的改进。更加可靠，插槽更多，可以热插拔。插槽更多，可以热插拔。 Compact PCI总线总线（了解）（了解）3 PCPC总线是总线是IBM PC

20、IBM PC总线的简称总线的简称,PC,PC总线因总线因IBM PCIBM PC及其兼容机及其兼容机的广泛普及而成为全世界用户承认的一种事实上的标准的广泛普及而成为全世界用户承认的一种事实上的标准.PC.PC总线总线IPC,IPC,或称为工业或称为工业PCPC机即机即IPC,IPC,即是脱胎于即是脱胎于IBM PCIBM PC机发展起机发展起来的来的. .PC/104总线总线（了解）（了解）4 STDSTD总线是美国总线是美国PRO-LOGPRO-LOG公司公司19781978年推出的一种工业控制年推出的一种工业控制计算机的标准系统总线计算机的标准系统总线. .该总线结构简单该总线结构简单,

21、,全部全部5656根引脚线根引脚线都有确切的定义。可以兼容各种通用的都有确切的定义。可以兼容各种通用的8 8位微处理器位微处理器, ,如如80808080、80858085、68006800等。可以升级为等。可以升级为1616位微处理器兼容总线。位微处理器兼容总线。STD总线总线（了解）（了解）5 外部总线是指用于计算机与计算机之间或计算机与其外部总线是指用于计算机与计算机之间或计算机与其它智能外设之间的通信线路，又称通信总线。常用的外部它智能外设之间的通信线路，又称通信总线。常用的外部总线有总线有IEEE-488并行总线、并行总线、RS-232C串行总线、串行总线、RS485通信总线和通信总

22、线和USB总线。总线。2.1.32.1.3工控机的外部总线工控机的外部总线IEEE-488并行通信总线并行通信总线（了解）（了解）1RS-232C串行通信总线串行通信总线2 RS-232C总线是由美国电子工业协会总线是由美国电子工业协会EIA于于1969年年修定修定 的一种通信接口标准的一种通信接口标准,专门用于数据终端设备和数专门用于数据终端设备和数据通信设备之间的串行通信。目前据通信设备之间的串行通信。目前RS-232C接口已成为计接口已成为计算机的标准配置算机的标准配置,如串行口如串行口COM1、COM2均为均为RS-232C总总线接口标准线接口标准. 在许多工业过程控制中在许多工业过程

23、控制中, ,往往往往要求用最少的信号线来完成通要求用最少的信号线来完成通信任务信任务. .目前目前广泛应用广泛应用的的RS-485RS-485串行接口总线就是为适应这种需串行接口总线就是为适应这种需要应运而生的要应运而生的. .它实际就是它实际就是RS-422RS-422总线的变型总线的变型, ,二者不同之处在于二者不同之处在于：RS-422RS-422为全双工为全双工, ,采用两对差分平衡信号线采用两对差分平衡信号线；RS-485RS-485为半双工为半双工, ,只需一对平衡差分信号线只需一对平衡差分信号线. .RS-485RS-485更适合于更适合于多站互连多站互连( (已经具备了现场总线

24、的概念已经具备了现场总线的概念),),一一个个发送驱动器发送驱动器最多可连接最多可连接大于大于3232个负载设备个负载设备, ,负载设备可以是被负载设备可以是被动发送器、接收器和收发器动发送器、接收器和收发器. .其电路结构是在其电路结构是在平衡连接的电缆上平衡连接的电缆上挂接发送器、接收器或组合收发器挂接发送器、接收器或组合收发器, ,且在电缆两端且在电缆两端各挂接一个终各挂接一个终端电阻用于消除两线间的干扰端电阻用于消除两线间的干扰. .RS-485总线（总线（19831983年提出）年提出）3全双工全双工半双工半双工USB总线总线4 USB USB总线总线是是PCPC机与多种外围设备连接

25、和通信的标准接口机与多种外围设备连接和通信的标准接口, ,它它是一个是一个所谓所谓“万能接口万能接口”, ,可以取代传统可以取代传统PCPC机上连接外围设备机上连接外围设备的所有端口的所有端口( (包括串行端口和并行端口包括串行端口和并行端口),),用户几乎可以将用户几乎可以将所有所有外设装置外设装置包括键盘、显示器、鼠标、调制解调器、打印包括键盘、显示器、鼠标、调制解调器、打印机、扫描仪及各种数字音影设备机、扫描仪及各种数字音影设备, ,统一通过统一通过USBUSB接口与主机相接口与主机相接接. .同时同时, ,它还可为它还可为某些设备某些设备( (如数码相机、扫描仪等如数码相机、扫描仪等)

26、 )提供电源（手提供电源（手机充电）机充电）, ,使这些设备无须外接独立电源即可工作使这些设备无须外接独立电源即可工作.USB.USB是是19951995年由称为年由称为“USBUSB实现者论坛实现者论坛” (USB Implementer Forum)(USB Implementer Forum)的的组织联合开发的新型计算机串行接口标准组织联合开发的新型计算机串行接口标准. . 1996年年1月月,颁布了颁布了USB 1.0版本版本规范规范,其主要技术规范是：其主要技术规范是：(1) 支持支持低速低速(1.5M bps)和全速和全速(12M bps)两种数据传输速率两种数据传输速率.前者前者

27、用于连接键盘、鼠标器、调制解调器等外设装置；后者用于连接用于连接键盘、鼠标器、调制解调器等外设装置；后者用于连接打印机、扫描仪、数码相机等外设装置打印机、扫描仪、数码相机等外设装置.(2) 一台主机最多可连接一台主机最多可连接127个个外设装置外设装置(含含USB集线器集线器Hub 市面有市面有卖的卖的)；连接节点；连接节点(外设或外设或Hub)间距可达间距可达5米米,可通过可通过USB集线器级集线器级联的方式来扩展连接距离联的方式来扩展连接距离,最大扩展连接距离可达最大扩展连接距离可达20米米.(3) 采用采用4芯连接线缆芯连接线缆,其中其中两线用于以差分方式传输串行数据两线用于以差分方式传

28、输串行数据,另外另外两线用于提供两线用于提供+5V电源电源.线缆种类有两种规格线缆种类有两种规格,即无屏蔽双绞线即无屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线和屏蔽双绞线(STP).前者适合于前者适合于1.5M bps的数据速率的数据速率,后者后者适合于适合于12M bps的数据速率的数据速率.(4) 具有具有真正的真正的“即插即用即插即用”特性特性.主机依据外设的安装情况自动配主机依据外设的安装情况自动配置系统资源置系统资源,用户无需关机即可进行外设更换用户无需关机即可进行外设更换,外设驱动程序的安外设驱动程序的安装与删除完全自动化装与删除完全自动化.USB 2.0 速度更快（速度更快（2000年）年

29、）USB 2.0USB 2.0的理论传输速度最高的理论传输速度最高可达到可达到480Mbps.480Mbps.图图7 USB接口示例图接口示例图ARINC429总线总线（了解）（了解）5 美国航空电子工程委员会美国航空电子工程委员会1977年提出，并批准使用，年提出，并批准使用，主要应用于航空电子设备及有关系统间的信息传输要求。主要应用于航空电子设备及有关系统间的信息传输要求。2.1.4 IPC2.1.4 IPC输入输入/ /输出模板（了解）输出模板（了解）1.模拟量输入模板模拟量输入模板2.模拟量输出模板模拟量输出模板3.数字量输入输出模板数字量输入输出模板4.其他功能模板其他功能模板5.远

30、程远程I/O模块模块2.1.5 IPC2.1.5 IPC的主要产品（了解）的主要产品（了解） 目前国内外生产总线式目前国内外生产总线式IPCIPC的专业厂家很多的专业厂家很多, ,著名品牌比著名品牌比比皆是比皆是, ,如爱瑞、如爱瑞、研华、研祥、研华、研祥、凌华、中泰、康泰克、凌华、中泰、康泰克、康拓、康拓、威达、威达、华控、浪潮等等华控、浪潮等等. .现以现以深圳研祥工控集团研制深圳研祥工控集团研制的的PCPC总线总线工业计算机产品为例作一说明工业计算机产品为例作一说明. . 研祥的研祥的PCPC总线工业计算机共有总线工业计算机共有1414种系列：工业计算机机箱种系列：工业计算机机箱, ,工

31、业一体化工作站工业一体化工作站, ,工业平板电脑工业平板电脑/ /显示器显示器, ,便携式工业计算机便携式工业计算机, ,工业级工业级CPUCPU卡卡, ,工业级底板工业级底板, ,工业计算机外设工业计算机外设, ,亚当（亚当（AdamAdam）系列）系列远端数据采集与控制模块远端数据采集与控制模块, ,基于基于ISAISA总线数据采集与控制卡总线数据采集与控制卡, ,基基于于PCPC总线数据采集与控制卡总线数据采集与控制卡, ,端子板和附件端子板和附件, ,工业通信工业通信, ,应用软应用软件等；每一种系列又有几种至十几种规格型号件等；每一种系列又有几种至十几种规格型号. .以下简单介绍以下

32、简单介绍公司的几种产品公司的几种产品. .1.1.工业计算机机箱工业计算机机箱 研祥的机箱按带不带底板和电源、安装形式是桌面、壁研祥的机箱按带不带底板和电源、安装形式是桌面、壁挂还是上架以及尺寸长度不一等问题挂还是上架以及尺寸长度不一等问题, ,又可分为二十几种型号又可分为二十几种型号。图。图8 8为为IPC-810/811IPC-810/811型号的型号的1414槽上架型计算机机箱。槽上架型计算机机箱。图图8 IPC-810/811IPC-810/811机机箱箱 其产品特性为：其产品特性为：1919上架型上架型, ,符合符合EIA RS-310CEIA RS-310C标准标准, ,1414槽

33、槽ISA/PCI/PICMGISA/PCI/PICMG无源底板无源底板, ,提供三个提供三个3.53.5”和两个和两个5.255.25“磁盘驱动磁盘驱动器空间器空间, ,前面板带电源开关前面板带电源开关,CPU,CPU复位按钮复位按钮, ,键盘锁开关键盘锁开关, ,电源开电源开关关LEDLED和和HDD LED,HDD LED,防尘带锁门保护控制部件防尘带锁门保护控制部件, ,前后面板均带键盘前后面板均带键盘接口接口, ,防止插卡振动的防震压条防止插卡振动的防震压条, ,支持支持PS/2PS/2规格电源规格电源, ,尺寸尺寸177(177(高高) )482(482(宽宽) )452(452(深

34、深)mm,)mm,支持支持ATXATX母板母板. .2.2.工业级底板工业级底板 研祥的底板按插槽种类、槽数多少、电源种类以及配置不同研祥的底板按插槽种类、槽数多少、电源种类以及配置不同等问题等问题, ,又可分为三十几种型号又可分为三十几种型号. .图图9 9为为IPC-6114P4AIPC-6114P4A型号的型号的1414槽底板槽底板. . 产品规格为：最大扩展槽产品规格为：最大扩展槽14,14,最大分段最大分段1,1,ISAISA槽槽9,PCI9,PCI槽槽4 4,PICMG,PICMG槽槽1,1,电源电源LEDLED5V,5V,12V,+3V,12V,+3V,可能配置可能配置14(1-

35、PCI14(1-PCI系统系统),),尺寸尺寸(mm) 322(mm) 322300.300.34图图9 IPC-6114P4A 149 IPC-6114P4A 14槽底板槽底板3.3.工业级主板工业级主板 研祥的主板按研祥的主板按CPUCPU种类、存储器容量、显示方式、主板种类、存储器容量、显示方式、主板长短以及长短以及I/OI/O接口不同等问题接口不同等问题, ,又可分为十几种型号又可分为十几种型号. .图图1010为为IPC-586VDNH(GX)IPC-586VDNH(GX)主板主板. . 图图10 IPC-586VDNH(GX)10 IPC-586VDNH(GX)主板主板4.4.模拟

36、量输入模板模拟量输入模板 研祥的模拟量输入板卡按模拟量输入路数与极性、采研祥的模拟量输入板卡按模拟量输入路数与极性、采样速率的不同等问题样速率的不同等问题, ,又可分为十余种型号又可分为十余种型号. .图图1111为为PCI-64ADPCI-64AD系列系列数据采集与控制卡数据采集与控制卡图图1111 PCI-64ADPCI-64AD系列数据采集与控制卡系列数据采集与控制卡2.2 2.2 可编程逻辑器（可编程逻辑器（PLCPLC）（了解）（了解） 可编程序控制器可编程序控制器 （Programmable Logic Controller）简称简称 PLC。它吸收了微电子技术和计算机技术的最新成

37、。它吸收了微电子技术和计算机技术的最新成果，发展十分迅速。从单机自动化到整条生产线的自动化，果，发展十分迅速。从单机自动化到整条生产线的自动化，乃至整个工厂的生产自动化，乃至整个工厂的生产自动化，PLC 均担当着重要角色，均担当着重要角色，PLC的应用最普遍，它在工厂自动化设备中占据第一位。的应用最普遍，它在工厂自动化设备中占据第一位。2.2.12.2.1可编程控制器的基本结构可编程控制器的基本结构 PLC实质上是一种专门为在工业环境下自动控制应用而设实质上是一种专门为在工业环境下自动控制应用而设计的计算机，它比一般的计算机具有计的计算机，它比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接更强的与工业

38、过程相连接的接口的接口，更直接的适用于控制要求的编程语言和更强的抗干扰更直接的适用于控制要求的编程语言和更强的抗干扰能力能力。尽管在外形上，。尽管在外形上，PLC与普通计算机差别较大，但在基本与普通计算机差别较大，但在基本结构上，结构上，PLC与微型计算机系统基本相同，也由与微型计算机系统基本相同，也由硬件硬件和和软件软件两两大部分组成大部分组成。 。 无论是整体式还是模块式，从硬件结构看，PLC都是由中央处理器（CPU）、存储器、I/O接口单元、I/O扩展接口及扩展部件、外设接口及外设和电源等部分组成，各部分之间通过系统总线进行连接。对于整体式PLC，通常将CPU、存储器、I/O接口、I/O

39、扩展接口、外设接口以及电源等部分集成在一个箱体内，构成PLC的主机，如图12所示。对于模块式PLC，上述各组成部分均做成各自相互独立的模块，可根据系统需求，灵活配置。可编程控制器的硬件结构可编程控制器的硬件结构1图12 整体式PLC硬件结构框图图13 PLC I/O处理示意图PLC的工作过程系统软件 PLC的系统软件一般包括系统管理程序、用户指令解释程序、标准程序库和编程软件等。系统软件是PLC生产厂家编制的，并固化在 PLC 内部 ROM 或 PROM 中，随产品一起提供给用户。系统软件的主要功能为： 系统自检，时序控制，存储空间（地址）管理，解释用户程序，提供标准程序库，编程软件。用户程序

40、 用户程序指用户根据工艺生产过程的控制要求，按照所用PLC规定的编程语言而编写的应用程序。用户程序可采用梯形图语言、指令表语言、功能块语言、顺序功能图语言和高级语言等多种方法来编写，利用编程装置输入到PLC的程序存储器中去。可编程控制器的软件结构可编程控制器的软件结构22.2.22.2.2可编程控制器的分类与特点可编程控制器的分类与特点 PLC 生产厂家众多，产品种类繁杂，而且不同厂家的产品各成系列，难以用一种标准进行划分。在实际应用中，通常可按输入/输出（I/O）点数（即控制规模）、处理器功能和硬件结构形式三方面来进行分类。可编程控制器的分类可编程控制器的分类1按I/O点数划分 根据 PLC

41、能够处理的I/O点数来分类，PLC 可分为微型、小型、中型、大型 4 种 按处理器功能划分 根据PLC的处理器功能强弱的不同，可分为低档、中档和高档3个档次。通常微型、小型PLC多属于低档机，处理器功能以开关量为主，具有逻辑运算、定时、计数等基本功能，有一定的扩展功能。中型和大型 PLC 多属中、高档机。中型机在低档机的基础上，兼有开关量和模拟量控制，增强I/O处理能力和定时、计数以及数学运算能力，具有浮点运算、数制转换能力和通信网络功能。高档机在中档机的基础上，增强I/O处理能力和数学运算能力，增加数据管理功能，网络功能更强，可以方便地与其它PLC系统连接，构成各种生产控制系统。按硬件结构分

42、 根据PLC的外形和硬件安装结构的特点，PLC可分为整体式和模块式两种。整体式结构 整体式PLC又称箱体式，它将CPU、存储器、I/O接口、外设接口和电源等都装在一个机箱内。机箱的上、下两侧分别是I/O和电源的连接端子，并有相应的发光二极管显示I/O、电源、运行、编程等状态。面板还有编程器/通信口插座、外存储器插座和扩展单元接口插座等。这种结构的 PLC的I/O点数少、结构紧凑、体积小、价格低，适用于单机设备的开关量控制和机电一体化产品的应用场合。 模块式结构 模块式PLC通常把CPU、存储器、各种I/O接口等均做成各自相互独立的模块，功能单一、品种繁多。模块既有统一安装在机架或母板插座上，插

43、座由总线连接（即有底板或机架连接），也有直接用扁平电缆或侧连接插座连接（即无底板连接）。这种结构的PLC具有较多的输入/输出点数，易于扩展，系统规模可根据要求配置，方便灵活，适用于复杂生产控制的应用场合。 可靠性高，适应性强 功能完善，通用性好 安装方便，扩展灵活 操作维护简单，施工周期短可编程控制器的特点可编程控制器的特点2开关量逻辑控制 运动控制 闭环过程控制 数据处理 通讯联网 PLC的应用的应用32.2.32.2.3可编程控制器的主要产品可编程控制器的主要产品 当前PLC的生产厂家众多，按地域范围划分，这些生产厂家主要集中在美国：如罗克韦尔自动化（Rockwell-Automation

44、）、通用电气（GE）、德州仪器（TI）、哥德（GOULD）和西屋（WESTINGHOUSE）等；欧洲：如西门子（SIEMENS）、莫迪康（MODICON）等；日本：如欧姆龙（OMRON）、三菱（MITSUBISHI）、日立（HITACHI）、富士（Fuji）和东芝（TOSHIBA）等。美国PLC技术与欧洲PLC技术基本上是各自独立开发而成的，二者间表现出明显的差异性；日本的PLC技术是由美国引进的，因此它对美国的PLC技术既有继承，又有发展，而且日本产品主要定位在小型PLC上。此外，随着PLC技术的日趋完善，越来越多的电子设备公司也加入到生产PLC的行列中来，如韩国的LG、三星（SAMSUNG

45、）、中国台湾的台达等，已开始在低端的PLC市场崭露头角。 。西门子西门子S7系列系列PLC产品介绍产品介绍 S7-200微 型 PLCS7- 200 LOGO! S7-300 S7-400 S7-300C中/ 大 型 High-end range/medium rangeS7- 400中/ 小 型Low-end rangeS7- 300通用逻辑模块I/O点数小于64点I/O点数在65128点I/O点数在129512点I/O点数在513896点I/O点数在896点以上1 S71 S7系列可编程控制器系列可编程控制器 1) S7-200 1) S7-200 可编程控制器可编程控制器 8/16路数字

46、量输入（24VDC）；8路数字量输入（AC120V/230V）；8/4路数字量输出（24VDC）；8/4路数字量输出（继电器-10A）；8路数字量输出（AC120V/230V）；EM221数字量输入模块EM222数字量输出模块2) S7-300 2) S7-300 可编程控制器可编程控制器 S7-300PLCS7-300PLC采用紧凑的、无槽位限制的模板结构。主要组采用紧凑的、无槽位限制的模板结构。主要组成部分：导轨（成部分：导轨（RACKRACK）、电源模板（）、电源模板（PSPS）、中央处理单元）、中央处理单元（CPUCPU）、信号模板（）、信号模板（SMSM）、模板功能（）、模板功能（F

47、MFM）。还可加上接）。还可加上接口模板（口模板（IMIM）和通讯处理器（）和通讯处理器（CPCP） 输入电压100 to 240V AC ；输出电压24 V DC ； （0 to 5 V, -10 to +10 V ，0 to 20 mA ）（-10 to +10 V ，4 to 20 mA ）3) S7-400 3) S7-400 可编程控制器可编程控制器 SIMATIC S7-400可编程控制器采用模块式结构，无风扇设计。可将各种模板装在一个模板基架上，组成所需要的系统。各种基架都带有集成的背板总线，用户安装只要简单地插入模板并用螺钉固定即可。2.3 2.3 嵌入式系统（了解）嵌入式系统

48、（了解） 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，且软硬件可裁减，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。目前的应用领域有工业控制、交通管理、家庭智能管理系统、军事、机器人等 。嵌入式系统的相关产品 网络设备:交换机、路由器,MODEM 消费电子:手机、MP3、PDA 、可视电话、电视机顶盒、数字电视、数码照相机、数码摄像机、信息家电 办公设备:打印机、传真机、扫描仪 汽车电子:ABS(防死锁刹车系统)、供油喷射控制系统、车载GPS。 工业控制:各种自动控制设备2.3.12.3.1嵌入式系统的组成与特点嵌入式系统的组成与特点它一般由以下几部分组成:1.嵌入

49、式微处理器（硬件）2.外围硬件设备（硬件）3.嵌入式操作系统（软件）4.特定的应用程序（软件） 嵌入式系统的硬件基本结构嵌入式处理器嵌入式处理器1 支持实时多任务. 较短的中断响应时间 存储区保护功能 可扩展的处理器结构 较低的功耗分类：嵌入式微控制器（Microcontroller Unit）嵌入式DSP处理器EDSP(Embedded Digital Signal Processor)嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit) 嵌入式片上系统SOC(System On Chip)嵌入式微处理器 特点:1.功能和微处理器基本一样,是具有32位以上的处理器， 具

50、有较高的性能.2.具有体积小,功耗少,成本低,可靠性高的特点.3.有的可提供工业级应用.4.流行的嵌入式微处理器:ARM/Strong (ARM公司)PowerPC (MOTOROL公司)68000 (MOTOROL公司)MIPS(MIPS公司)嵌入式微控制器嵌入式微控制器就是将整个计算机系统的主要硬件集成到一块芯片中,芯片内部集成ROM/EPROM,RAM,总线,总线逻辑,定时/计数器,Watchdog,I/O,串行口等各种必要功能和外设.其特点为: 一个系列的微控制器具有多种衍生产品; 单片化,体积大大减小,功耗和成本降低,可靠性提高; 是目前嵌入式工业的主流,约占嵌入式系统70%的份额; 多是8位和16位处理器 流行的嵌入式微控制器通用系列:8051,MCS251,MCS-96/196/296半通用系列:支持I2C,CAN BUS,LCD及众多专用MCU和兼容系列嵌入式DSP处理器嵌入式嵌入式DSPDSP处理器有两个发展方向：处理器有两个发展方向：是嵌入式DSP处理器和嵌入式处理器经过单片化设计，片上增加丰富的外设成为具有高性能DSP功能的SoC； 是在通用微处理器、微控制器或SoC中增加DSP协处理器，例如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore。嵌入式