计算机控制系统的硬件基础.ppt

1、第二章计算机控制系统的硬件基础，本章主要教学内容，2.1计算机控制技术，2.2常用控制计算机，2.3模拟输入通道，2.4模拟输出通道，2.5数字输入输出通道，2.1计算机控制技术，2.1 、如汽缸、气泵、汽缸、液压泵、液压马达等，电气电子技术，空气，电动机组组合仪表和集中控制室：主要基于4-20mA电流信号的仪表和控制系统，计算机控制技术，微流程计算机控制技术和系统已经成为企业整体自动化的核心基础，不仅用于生产自动化监控，还是上层管理信息系统的数据源和基础核心模块。 2.1.2工业控制自动化的水平、管理自动化、过程自动化、基础自动化、工业过程综合自动化系统集成了生产过程的生产过程技术、设备运行

2、技术和生产过程管理技术，实现了生产过程的优化控制、优化运行和优化管理，产品质量、 2.1.3计算机控制技术在企业自动化中的作用、过程工业、过程控制技术保证了与成本相关的综合生产指标的优化，将产品质量、产量、成本相关的经济技术指标自动转换为过程工业生产过程各工序自动控制的系统残奥表以PLC和机床为中心。 难点：很多过程中非线性特性、离散工业、离散工业自动化的主要特征是修正计算机集成制造系统，即CIMS。 将信息技术、现代管理技术和先进的设备修订制造技术相结合，应用于企业产品的整个生命周期。 离散工业企业生产车间的核心控制器通常是专用的。 2.2常用的控制修正机、工业生产中的修正机控制系统内常见的

3、核心控制器，是工业控制修正机IPC (简称机床)、可编程控制器PLC、单片机、中小型控制系统中的主要控制装置，也是大型网络控制系统2.2.1工业控制计算机(IPC、机床)、专用工业环境中使用的机床，是实现低成本工业自动化的重要途径。 机床是以计算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，根据控制要求输出控制信号控制生产过程的机床硬件构成，典型的机床是坚固型工业机箱、工业电源、显示、板、硬盘驱动器、光盘驱动器(a )外部结构(b )外部结构，图2.2-1机床的主机箱结构，主板、人-机械接口、系统支持、磁盘系统、通信接口、外部总线，即被动、平行的底板总线， 连接多个功能模块构成一台机床

4、，图2.2-2机床的硬件结构、软件结构、系统软件是实时多任务操作系统、引导程序、调度执行程序，如Intel公司的iRMx86实时它还使用MS-DOS、Windows软件、工具软件开发的辅助软件、汇编语言、高级语言、编译器、调试器、诊断程序等。应用软件包括针对某一生产过程编制的控制和管理过程、过程控制程序、人-、机械接口程序、打印显示程序和通用子程序，常用于机床要求和特点、可靠性高的连续生产过程，实时性好I/O模块(如丰富的输入/输出模块、模拟/数字/脉冲量)具有强的环境适应性和温度/，系统可扩展性和开放性好，控制包功能强，系统通信功能强，冗馀性和可靠性要求高时，需要双机、工作和冗馀性总线标准：

5、实际上是接口信号的标准和协议。 (1)在内部总线、微机内部的各功能模块之间进行通信的总线也被称为系统总线。 现在，在工程领域中应用很多的内部总线是STD总线、ISA总线、PCI总线。ISA总线(IBM PC总线系列)、PC/XT总线：英特尔8088微处理器、8位数据线、20位地址线和多条控制线的合并62针脚、AT总线为ISA (工业标准)， 也称为aat总线的空气和机械的特性大幅扩展，在原来的62管脚的基础上追加36管脚的插口形成： 16位的数据总、线路、24位的地址总线、提供15个中断和共享功能，8个DMA通道。 1989年，康帕q与惠普、AST等9家订正计算机公司合作，基于ISA总线，制定

6、了32位微处理、适用于设备的系统总线标准EISA(Extended Industrial，sdandardarchitectrial ) PCI总线(peripheralcomponentinterconnect )是介于CPU芯片级总线与系统、系统总线之间的1级总线。 外围设备通过本地总线，大幅提高了CPU的数据传输速率。 支持PCI总线、64位数据传输、多总线主模块、线性突发读写、并发操作方式。PCI总线的特点：PCI传输率高。 最大传输率的数据传输率可以是总线时钟的动作频率为33MHz，从而与CPU时钟无关地总线的数据宽度可以扩展到32位并且可以扩展到64位。 另外，133Mb/s和26

7、6Mb/s，PCI Express数据传输，速率达到8Gb/s。 提高硬盘、网卡等的性能，能够充分发挥影像、图形、各种高速周边、设备的性能。 采用数据线和地址线的多重结构，减少了总线引脚、数量，节省了线路空间，降低了设置修订成本。 (2)指计算机、计算机或计算机与其他智能外围设备之间的通信线路的外部总线。 一般的外部总线是IEEE-488残奥级总线、RS-、232C串行总线和RS-485通信总线。 ISA总线机床(ISA BUS-IPC ) :一般工业环境，基于3pc总线的工业控制机常见类型，PCI总线机床(PCI bus-IPC ) :英特尔，盒式机床(BOX-PC ) :芯片和PCI总线配

8、置，VESA总线机床(VESA Compact PCI机床：与PCI总线欧元插卡结构、总线机床相比，具有较高的显示速度和I/O读写速度，适合作为监控操作站。 工业级工作站(Industrial Workstation ) :主机、显示器、操作面板一体化的机床、新型机床(New Type IPC )、Compact PCI总线机床：(peripheraaation )、基础自动化和过程自动化是工业PC的运行稳定性， 由于对热插拔和冗馀配置的要求很高，现有的IPC不能完全满足要求，逐渐退出这一领域，取而代之的是Compact PCI-based机床，IPC占据了管理自动化层。1990s末期，以Co

9、mpact PCI总线机床为核心的第三代机床技术占主导地位。 开放性、良好的散热性、高稳定性、高可靠性以及热插拔等，非常适合工业现场和信息产业基础设施的应用，被众多行业人士认为是继STD和IPC之后的第三代机床的技术标准。 Compact PCI的特点、基于2.2.2plc的控制系统、可编程逻辑控制器(plc )，产生于1969年，PLC是可编程序列的备忘录PLC已发展成为一种能够在逻辑条件和时序上进行顺序动作或联锁保护动作的控制、离散量的数据采集监视，以代替继电器线路进行顺序控制为主的产品。 2.2.3嵌入式控制技术和系统通常指非PC系统，其中具有计算机功能但不能称为计算机的设备和设备适用于

10、特定应用。 常见的是1 PC/104总线机床，基于PC/104总线的微机，因为可以嵌入设备、机器，所以得名。单片机也就是单片机，也被称为微控制器。 将计算机主机(CPI、内存、I/O接口)集成到小型硅芯片上的计算机中。 为了工业测量而进行修订。 3 ARM嵌入式单片机由于嵌入式机床的存储量有限，在嵌入式机床中通常使用实时多任务操作系统(RTOS )，常见的软件有Unix、Linus、PSOS、vxx 2.2.4计算机控制技术在中国的发展和应用，1工业控制计算机IPC在中国的发展大致经过三个阶段，第一阶段： 1980s-1990s初，以海外品牌为主，第二阶段： 1991-1996年，台湾生产的价

11、格适中其应用向电力等可靠性要求高的行业发展，价格高，阶段，第三阶段：从1997年开始大陆本土的IPC厂商进入，这个市场降低了IPC的价格，机床的应用水平和应用行业发生了很大的变化。 目前中国IPC机床大小品牌约15个，主要有研华、凌华、研祥、深圳无缝和华北工作控制等。 此后，出现了一种结合了个人计算机(PC )单环可编程控制器的计算机控制系统，2 PLC、PLC直到1980s初为中国技术人员所熟悉。 国内行业比较不景气，我国没有形成制造产业。 PLC的市场潜力非常大，很多时候需要应用PLC。 例如，从技术创新的角度来看，中国的大中型企业大力发展CIMS，在机械厂家形成了柔性制造系统(Flexi

12、ble Manufactory System，FMS )，PLC是基础。 3分布式控制系统DCS从1970s中后期开始，首先从大型进口化工设备组引进国外的DCS，不久，中国主要行业(如电力、石化、建材和冶金等)的DCS基本全部进口。 1990s，国产化研发技术难关取得了实质性进展。 目前，产品的技术水平达到或接近国际先进水平。 目前国内DCS的现场控制器采用第二代IPC机床产品。 现在已经被下一代Compact PCI总线和PXI总线控制台所取代。 2.3模拟输入通道、2.3.1模拟输入通道的功能是将表示被控制对象的运动状态的模拟信号(温度、压力、流量、液位、位移、速度等)转换为计算机可接受的

13、数字信号，并发送到计算机，进行数字化2.3.2模拟输入信道的配置和结构、校正器、接口电路、采样保持器、前置放大器、A/D转换器、多路径模拟开关、预滤波器、信号转换器等可能混合在输入模拟信号中的高频噪声、杂波在计算机控制系统中，十几路或者几十路的模拟信号通常共用一个A/D转换器，能够降低通道和系统的成本，提高A/D转换器的利用率。 多模拟开关依次切换各信号。 常用的芯片是CD4051 .前置放大器，与一般测量系统的放大器相比，在高增益、高稳定性、极强的共模抑制比等方面的性能要求没有差别。 不同之处在于，放大器的增益可由修正计算机编程设定或变更，以满足各电路的信号变化范围的要求。采样模拟信号并保持

14、其值的采样保持器、作为模拟输入通道核心部分的A/D转换器是必不可少的。 常用的芯片是8位ADC0809和12位AD574，接口和控制电路是计算机和模拟输入通道之间的连接电路将变换结果传送至计算机，在A/D切断输入通道与被控制对象之间存在基于共用信号传输路径的噪声、可变增益放大器、样本保持器、常用样本保持器有AD582、AD583、LF198/398等。A/D转换器、(1)逐次近似式A/D转换器、(2)2积分型A/D转换器、(3)型A/D转换器、ADC0809及其接口电路、2.4模拟输出通道、1模拟输出通道、2模拟输出通道的结构和结构、计算机多路径模拟开关、接口控制电路、输出1、输出2、输出3经常使用的芯片有8位的DAC0832和12位的DAC1210，其中0阶保持器、D/A转换器具有数据输入锁存功能，其输出模拟量是1采样0阶保持作用的本质是在2次输出模拟量之间进行内插，将时间轴上的离散信号变成时间轴上的连续信号。 这是将数字信号重建为模拟信号的重要步骤。 后滤波器对从D/A转换器及0次保持链路输出的信号进行滤波器平滑化处理，得到真实的模拟信号。 这是将数字信号重建为模拟信号的重要步骤。 多路径模