工业控制计算机-工作原理

工业按制行事机系疡

■设计

工按机殂鼠的计事机控制祭疫秸构

通讯单元好算机控糊系疣秸构模型

微处理器厂…I11II1I

程序存储器数据存储器系统控制单元

总线驱动单元

数据总线地址总线』控制总线

DatabusAddressbusHControlbus

行算机总饯

所谓接口，是指那些用于控制微机系统与外部设备，或外部设备与系统设备之间的

数据交换和通信的硬件电路。接口涉及两个基本问题：一是中央处理器如何实现对多个

外部设备的识别，即外部设备的寻址；二是中央处理器与外部设备的连接，数据、状态和

控制信号的交换。

图为一般微机的接口简图。系统中存储器

CPU

和I/O设备通过相应的接口电路与中央处理器相

—八总线

连。中央处理器与接口电路之间有总线相接。接口

电路的作用就是将来自外部设备的数据、信号传送

给中央处理器CPU,CPU对数据加工后，再通过接

口传回外部设备。所以,接口的基本功能就是对数据

传送的控制，包括数据格式的转换、控制信号与状态

信号的交换、通信控制、设备动作和定时控制等。

行算机总饯

构成系统的各类插件以及插线板上LSI芯片间的连接与通信是通过系统总线来完

成的。这里的系统总线不是指中央处理器内部的三类总线,而是指系统插件板之间交换

信息的板级总线。这种板级总线就是一种标准化的总线电路，它提供通用的电平信号来

实现各种电路信号的传递。同时,总线标准实际上是一种接口信号的标准和协议。现代

微机系统都采用总线接口方式，以IBMPC系列微机为例，外设一般均通过适配器插件

板与中央处理器相连。实现这种连接的电路就是I/O通道。各种功能的I/O通道板以插

座形式固定在系统板上，外设与中央处理器之间的信息交换是通过分布在I/O通道上的

总线信号来实现的，PC总线信号共62个，与通道插座引脚一一对应。I/0通道不仅为系

统总线信号提供了通路，还对信号进行隔离再加电，以增强总线驱动能力。

行算机总饯

总之，总线是指一系列的信号规定，过程定义和物理要求，以此保持各厂家产品的

兼容性，对总线或通道接口的规定，使采用相同标准的计算机系统的性能升级和不断增

强成为可能。

工业控制计算机给构形式

iniiniiim

工业控制计算机部件安装示意图

DDOODOB

CPU模板

电源模板

总线插座模板

领l：］

数字量I/O模板人机单元

可编程序控制器的倍构形式

模块化结构□

可编程本控制器的牯构形式

史源模块

I/O模块］

西门子S7——300余列PLC

模块结构形式

可编程本控制器的牯构形式

西门子S7——300余列PLC

一♦

二

r»二

♦

二±

。3

一

二

♦

Q二

•

二

♦

二

♦

二

[*一

。

0二

1，模块结构形式

S

可编程序控制器的牯构形式

西门子S7——300余列PLC

■模块结构形式

可编程本控制器的牯构形式

模块结构形式

可编程序控制器的基本牯构形式

Eachsignalmodulecomeswithabus

connector,butnottheCPU.Whenattaching

thebusconnectors,alwaysstartwiththe

CPU:

•Removethebusconnectorfromthelast

moduleandplugitintotheCPU.

•Youmustnotplugabusconnectorintoth©

“last”module.

总线连接端子

模块结构形式

可编程序控制器的牯构形式

5

PLC的结构及工作原理

模块结构系统简图

通讯单元中央处理市电电源

电源单元2a

数字量I/O救李量I/O数字量I/O

模拟量I/O,速计数/计时□

按制单无实例一

编程设备电缆编程设备

可编程控制器

传送程序

STEP7软件

要控制的机器

CPU输出模板

电源模板输入模板

工控单片机结构形式

「HEAD[

|MNEL[

东散机器人修构

示意囹

D

邱c积画讯

2组12V蓄电池DC-DC

语音播放I峭

辅控单元超声波传感器

机雌向醐手臂旋转电机

曲躯瑚玩&合

头部转动电机手臂伸缩电机

手腕转动甩机（Y轴）

手腕转动电机（X轴）

驱动单元手部夹紧运动电机

运动限位开关机体生运动电机（直流）

主控制单元遥控信号处理单元遥控信号窝播

控制系统结构简图

示敖机器人控制系疫微科实例NumberRoiswn

23-Dcv-2OOl|Sheetof

l:;buk.MPAPLK2DDBII)m\vnB\'：

:电源单元D

切C机!讯

语音播放I峭

辅控单元超声波传感器

机储专向物i手臂旋转电机

曲躯瑚玩a合

』踢失性酗•;存储^头部转动电机手臂伸缩电机

手腕转动甩机（Y轴）

手腕转动电机（X轴）

驱动单元手部夹紧运动电机

运动限位开关机体生运动电机（直流）

主控制单元遥控信号处理单元遥控信号窝播

控制系统结构简图

示敖机器人控制系疫微科实例NumberRevision

23-Dcv-2OOlSheet

MPAPLK2DDB

示教机器人系统驱动单元的连接

示教机器人余统辅控单元连接图实例

示教机器人余统电源单元连接图

SizeNumberRevision

A4

Ddc2MXt-200tISIeelof

;

Filef-II4%HISCHFillROBOTROSUB31mlKvnBv

示教机器人系统主控单元连接图

BlockDiagram

L

悭匕留器PORT0PORT2QUICK

LATCHLATCHFLASH

■V

JL

PROGRAM

STACK

ADDRESS

POINTER

REGISTERREGISTER

BUFFER

TMP2TMP1

PC

INCREMENTER

INTERRUPT.SERIALPORT

ANDTIMERBLOCKS

PROGRAM

COUNTER

INSTRUCTIONDPTR

REGISTER

PORT1PORT3

LATCHLATCH

P1.0-P1.7

单片机主控实例分析

RS-232

TXD/RXD

74HC373

62256272568279MAX232

Port0

89C52

74HC373

Address8~15

Port22-MC1413

Address0~7

A8-A1574HC245DatabusD0~D7

74HC30

El

AO〜A3

74HC4574HC377

3345

74HC13811

工业按制PC机系疣的微计

设计要求分析

■设计

控制信号分析

模板总线结构选择

模板选择

人机接口设计

系统总体设计

工业控制PC机系就的殁计

耳

、10MHz

振荡电路

ASICAD1801

分频

地址总线寄存器

7-lOOKHz

地址译码二选择

12-bitD/AD/A输出

转换

8254

计数器CLK

计数器#0计数器门

状态一

CLK1Outl岸16bit数字输入

计数器#1数字输入

内部数据总线

数据CLK2Out2◄-

计数器#2

缓冲器16-bit数字输出

外部触发

DAM信号触发器

DMA

逻辑

逻辑

通道扫描

数据多路RAM《

中断请求转换逻辑

逻辑IT

1KWords12-bitA/D可编程增

采样保持

FIFO转换益放大器

转

换

J控制7状态结

"逻辑束

图2.3-14PCL-818数据采集模板电路框图

Page48

A/D转换也路

工作原理

■A/D转换芯片工作

原理分析

■A/D转换（写指令）

■A/D转换数据传送

出去（读数据）

TOPVIEWDIPSOIC

■A/D与外部器件交换信息司

AGND11

司

AIN2

■一个操作控制信号；［控制芯片是执行A/D转换操03

Al*3

药

4

AIN2

作工作还是转或换数据传送工作］列

5

AINa

司

CAP6

■一个写控制信号、司

REF7

AOS7825

司

ASND28

■一个选中所操作器件的选通控制信号到

TRI-STATE1D77

回

■同时，数据通过专用的信号线传输TRI-STATE।D610

1回

TRI-STATED511