第04章常用工业控制计算机简介

1、1第04章 常用工业控制计算机简介第第04章章 常用工业控制计算机简介常用工业控制计算机简介主要知识点主要知识点4.1 总线式工控机4.2 可编程控制器4.4 可编程调节器4.3 嵌入式计算机系统4.5 其他控制装置5:24:102第04章 常用工业控制计算机简介4.1 4.1 总线式工控机（总线式工控机（IPCIPC） 总线式工控机，总线式工控机，是基于总线技术和模块化结是基于总线技术和模块化结构的一种专用于工业控制的通用性计算机，一般构的一种专用于工业控制的通用性计算机，一般称为工业控制计算机，简称为工业控制机称为工业控制计算机，简称为工业控制机（ Industrial Personal

2、ComputerIPC ）或工或工控机控机（IPCIPC）。5:24:103第04章 常用工业控制计算机简介4.1.1 IPC4.1.1 IPC结构组成结构组成主要知识点主要知识点 一、一、IPC的硬件组成的硬件组成 二、二、IPC的软件组成的软件组成 5:24:104第04章 常用工业控制计算机简介IPC 概述概述 随着计算机设计的日益科学化、合理化和标准化，随着计算机设计的日益科学化、合理化和标准化，计算机总线概念与模板化结构已经形成且完善起来。计算机总线概念与模板化结构已经形成且完善起来。 IPC在硬件上，由计算机生产厂家按照某种标准总线在硬件上，由计算机生产厂家按照某种标准总线，设计制

3、造出符合工业标准的主机板及各种，设计制造出符合工业标准的主机板及各种I/O模板；模板；设计者只要选用相应的功能模板，象搭积木似的、灵活设计者只要选用相应的功能模板，象搭积木似的、灵活地构成各种用途的计算机控制装置；地构成各种用途的计算机控制装置；而在软件上，利用熟知的系统软件和工具软件，编制或而在软件上，利用熟知的系统软件和工具软件，编制或组态出相应的应用软件，就可以非常便捷地完成对生产组态出相应的应用软件，就可以非常便捷地完成对生产流程的集中控制与调度管理，并进一步向综合自动化网流程的集中控制与调度管理，并进一步向综合自动化网络化方向发展。络化方向发展。5:24:105第04章 常用工业控制

4、计算机简介4.1.1 IPC4.1.1 IPC结构组成结构组成图4-1 IPC 的硬件组成结构5:24:106第04章 常用工业控制计算机简介一一、IPC的硬件组成的硬件组成IPC的硬件主要由以下内容组成：的硬件主要由以下内容组成：（1）主机板:由中央处理器（由中央处理器（CPUCPU）、内存储器（）、内存储器（RAMRAM、ROMROM） 等部件组成，它是等部件组成，它是IPCIPC的核心的核心 作用：进行数值计算、逻辑判断、数据处理。作用：进行数值计算、逻辑判断、数据处理。5:24:117第04章 常用工业控制计算机简介升技升技TH7-RAID P4主板配置图主板配置图CD音频输入I/O

5、控制芯片CNR插槽AGP插槽北桥芯片i8505个PCI插槽DIP开关主板电池BIOS Flash芯片南桥芯片ICH2RAID功能芯片前置USB插座板载声卡芯片前置面板插座主板自检状态软驱插座音频插座鼠标键盘插座USB接口串口并口ATX12V电源CPU Socket 478主板辅助电源RIMM A1RIMM B1RIMM A2RIMM B2ATX电源IDE4插座IDE3插座IDE2插座IDE1插座5:24:118第04章 常用工业控制计算机简介（2）内部总线和外部总线所谓总线就是在模块和模块之间或设备与设备之所谓总线就是在模块和模块之间或设备与设备之间的一组进行互连和传输信息的信号线，信息包括间

6、的一组进行互连和传输信息的信号线，信息包括指令指令、数据数据和和地址地址。总线就是一组信号线的集合，用这个集合可以组总线就是一组信号线的集合，用这个集合可以组成系统的成系统的标准信息通道标准信息通道，它定义了各引线的，它定义了各引线的信号、信号、电气、机械特性电气、机械特性，使计算机内部各组成部分之间以，使计算机内部各组成部分之间以及不同的计算机之间建立信号联系，进行信息传送及不同的计算机之间建立信号联系，进行信息传送和通信和通信。5:24:119第04章 常用工业控制计算机简介1.1. 内部总线内部总线 内部总线内部总线指指IPCIPC内部各个功能模板之间的信息通内部各个功能模板之间的信息通

7、路，它是构成完整的计算机系统的内部信息枢纽，也称路，它是构成完整的计算机系统的内部信息枢纽，也称系统总线。系统总线。分类分类按功能分数据总线按功能分数据总线DB/DB/地址总线地址总线AB/AB/控制总线控制总线CB/CB/电源总线电源总线PBPB每种型号的计算机都有自身的内部总线。每种型号的计算机都有自身的内部总线。 总线结构5:24:1110第04章 常用工业控制计算机简介结构形式结构形式一块置于机箱内的无源底板上的多组并列一块置于机箱内的无源底板上的多组并列插槽，各插槽上的同号引脚是电气相连的，从而完成插插槽，各插槽上的同号引脚是电气相连的，从而完成插入槽内的各功能模板之间的信息传送。入

8、槽内的各功能模板之间的信息传送。常用总线常用总线工控领域应用最广的两种总线是工控领域应用最广的两种总线是STDSTD总线总线和和PCPC总线。总线。5:24:1111第04章 常用工业控制计算机简介发展发展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计算机的标准年推出的一种工业控制计算机的标准系统总线，系统总线，STDSTD是是StandardStandard的缩写。的缩写。19871987年，年，STDSTD总线被国际标准化会议定名为总线被国际标准化会议定名为IEEE961IEEE961。随着。随着3232位微处理位微处理器的出现，

9、通过采用附加金手指或系统总统与局部总线转换等技术，器的出现，通过采用附加金手指或系统总统与局部总线转换等技术，19891989年美国的年美国的EAITECHEAITECH公司又开发出对公司又开发出对3232位微处理器兼容的位微处理器兼容的STD32STD32总线。总线。结构结构全部全部5656根引脚线都有确切的定义。根引脚线都有确切的定义。STDSTD总线定义了一个总线定义了一个8 8位微处理器总线位微处理器总线标准，其中有标准，其中有8 8根数据线、根数据线、1616根地址线、根地址线、2222根控制线和根控制线和1010根电源线，可根电源线，可以兼容各种通用的以兼容各种通用的8 8位微处理

10、器，如位微处理器，如80808080、80858085、68006800、Z80Z80、NSC800NSC800等。通过采用周期窃取和总线复用技术，还可以定义等。通过采用周期窃取和总线复用技术，还可以定义1616根数据线、根数据线、2424根根地址线，使地址线，使STDSTD总线升级为总线升级为8 8位位/16/16位微处理器兼容总线，可以容纳位微处理器兼容总线，可以容纳1616位位微处理器，如微处理器，如80868086、6800068000、8028680286、8038680386等。等。 * *STDSTD总线总线5:24:1112第04章 常用工业控制计算机简介 数据总线数据总线数据

11、总线用于数据总线用于CPU与其他部件之间传送信息与其他部件之间传送信息（数据数据和和指令代码指令代码）。具有具有三态（高阻、三态（高阻、“1”和和“0”三种状态）控制三种状态）控制功能，而且是双向传输的，即功能，而且是双向传输的，即CPU通过数据总线通过数据总线可以接收来自其它部件的信息，也可以通过数据可以接收来自其它部件的信息，也可以通过数据总线向其它部件发送信息总线向其它部件发送信息。如如ISA总线数据线是总线数据线是16位，位，PCI总线是总线是32位或位或64位。数据线的宽度表示了总线数据传输的能力，位。数据线的宽度表示了总线数据传输的能力，反映了总线的性能。反映了总线的性能。 5:2

12、4:1113第04章 常用工业控制计算机简介 地址总线地址总线地址总线用来传送地址总线用来传送CPU要访问的存储单元或要访问的存储单元或I/O接接口口地址信号地址信号。地址信号一般由。地址信号一般由CPU发往其它芯片，发往其它芯片，属于单向总线，但也具有三态控制功能。属于单向总线，但也具有三态控制功能。地址总线的数据位数地址总线的数据位数决定了该总线构成的微机系决定了该总线构成的微机系统的统的寻址能力寻址能力。例如，。例如，ISA总线有总线有24位地址线，可位地址线，可寻址寻址16MB，PCI总线有总线有32位地址线，可寻址到位地址线，可寻址到4GB。地址总线的宽度视地址总线的宽度视CPU所能

13、直接访问的存储空间的所能直接访问的存储空间的容量而定。容量而定。5:24:1114第04章 常用工业控制计算机简介 控制总线控制总线根据根据不同的使用条件，控制总线有的为单向，有不同的使用条件，控制总线有的为单向，有的为双向；有的为三态，有的为非三态。的为双向；有的为三态，有的为非三态。控制总线用于传送控制总线用于传送控制信息控制信息、时序信息时序信息和和状态信状态信息。息。比如，比如，I/O读写信号、存储器读写信号和中断读写信号、存储器读写信号和中断信号等等。控制总线是最能体现总线特色的信号信号等等。控制总线是最能体现总线特色的信号线，它决定总线功能的强弱和适应性。线，它决定总线功能的强弱和

14、适应性。5:24:1115第04章 常用工业控制计算机简介2.2. 外部总线外部总线 外部总线外部总线是指计算机与计算机之间、计算机与远程是指计算机与计算机之间、计算机与远程终端之间、计算机与外部设备以及测量仪器仪表之间的终端之间、计算机与外部设备以及测量仪器仪表之间的信息通路，常称为信息通路，常称为通信总线通信总线。通信总线的数据传输方式。通信总线的数据传输方式可以是并行的，也可以是串行的，可分别称为并行通信可以是并行的，也可以是串行的，可分别称为并行通信总线和串行通信总线。总线和串行通信总线。5:24:1116第04章 常用工业控制计算机简介图图4-15是某型号个人计算机的外设接口示意图是

15、某型号个人计算机的外设接口示意图 5:24:1117第04章 常用工业控制计算机简介 电源电源线与地线线与地线电源线与地线为挂在总线上的模块或设备提供了电源线与地线为挂在总线上的模块或设备提供了电能以及电流通路。电源的区别在一定程度上也电能以及电流通路。电源的区别在一定程度上也体现了总线标准的特色。例如，体现了总线标准的特色。例如，ISA采用采用+12V和和+5V，PCI采用采用+5V和和+3V。一般来说，越是先进的总线标准，采用的电压越一般来说，越是先进的总线标准，采用的电压越低。低。5:24:1118第04章 常用工业控制计算机简介 采用采用总线的总线的优点：优点： 简化简化了系统结构了系

16、统结构 简化简化了硬件与软件的设计了硬件与软件的设计 便于便于系统的扩充与更新系统的扩充与更新 便于便于组织生产，提高产品质量，降低产品造价组织生产，提高产品质量，降低产品造价 可维护性可维护性好好 5:24:1119第04章 常用工业控制计算机简介3.3. 总线标准总线标准 总线总线标准的含义标准的含义 对于总线上的各个单元如对于总线上的各个单元如芯片之间、扩展卡之间芯片之间、扩展卡之间以及以及系系统之间统之间，如果要进行正确的连接与传输信息，就，如果要进行正确的连接与传输信息，就应遵守一应遵守一些协议与规范些协议与规范，这些协议与规定就被称为这些协议与规定就被称为总线标准总线标准。总线标准

17、包括：各个信号线的总线标准包括：各个信号线的功能定义功能定义、总线工作的时总线工作的时钟频率钟频率、总线系统的结构总线系统的结构、总线仲裁机构总线仲裁机构与与配置机构配置机构、信信号的逻辑电平号的逻辑电平、时序要求时序要求、电路驱动能力电路驱动能力、抗干扰能力抗干扰能力、机械规范机械规范（包括接插件的几何形状与尺寸）和（包括接插件的几何形状与尺寸）和实施总线协实施总线协议的驱动议的驱动与与管理程序管理程序。5:24:1120第04章 常用工业控制计算机简介 常用常用的总线标准的总线标准 1）PC总线总线这里所说的这里所说的PC总线是狭义的。总线是狭义的。1982年年IBM公司在推出其公司在推出

18、其IBM PC/XT个人计算机时，在其主板上设计有个人计算机时，在其主板上设计有58个总线插槽（个总线插槽（I/O通道），通道），用于插入各种适配器以扩展系统的功能用于插入各种适配器以扩展系统的功能，这就是，这就是IBM PC/XT总线，简称总线，简称PC总线。总线。PC总线共有总线共有62条信号线，用双列插槽连接，分条信号线，用双列插槽连接，分A面（元件面）面（元件面）和和B面。面。PC总线实际上是总线实际上是8088CPU核心电路总线的扩充与重新核心电路总线的扩充与重新驱动。驱动。 PC总线共有总线共有8条数据线、条数据线、20条地址线（寻址空间为条地址线（寻址空间为1MB）、）、总线时钟

19、频率为总线时钟频率为4MHz、总线最大传输速率为、总线最大传输速率为4MB/s、最大负、最大负载能力为载能力为8个、采用半同步的工作方式。个、采用半同步的工作方式。 5:24:1121第04章 常用工业控制计算机简介2）ISA总线总线ISA（Industry Standard Architecture）总线是）总线是IBM公司公司1984年为推出年为推出PC/AT机而建立的系统总机而建立的系统总线标准，所以也叫线标准，所以也叫AT总线总线，它是对，它是对XT总线的扩总线的扩展展，以适应，以适应8位或位或16位数据总线要求。它推出后位数据总线要求。它推出后得到广大计算机同行的认可，兼容这一标准的

20、微得到广大计算机同行的认可，兼容这一标准的微型计算机纷纷问世，直到现在，许多以型计算机纷纷问世，直到现在，许多以Pentium芯片为芯片为CPU的计算机上仍然有的计算机上仍然有ISA插槽。插槽。5:24:1122第04章 常用工业控制计算机简介ISA总线的主要特点总线的主要特点（1）它有比）它有比XT总线更强的支持能力，它支持：总线更强的支持能力，它支持：1K I/O地址地址空间（空间（0000H03FFH）；）；24位存储器地址；位存储器地址；8位或位或16位数据位数据存取；存取；15级硬件中断，级硬件中断，7级级DMA通道；产生通道；产生I/O等待状态等。等待状态等。（2）它是一种多主控（

21、）它是一种多主控（Multi Master）总线，除主）总线，除主CPU外，外，DMA控制器、控制器、DRAM刷新控制器和带处理器的智能接口控刷新控制器和带处理器的智能接口控制卡都可以成为制卡都可以成为ISA总线的主控设备（但它只支持一个智能总线的主控设备（但它只支持一个智能接口控制卡）。接口控制卡）。（3）可支持）可支持8种类型的总线周期：种类型的总线周期：8位或位或16位的存储器读周位的存储器读周期；期；8位或位或16位的存储器写周期；位的存储器写周期；8位或位或16位的位的I/O读周期，读周期，8位或位或16位的位的I/O写周期；中断请求和中断响应周期；写周期；中断请求和中断响应周期；D

22、MA周周期；存储器刷新周期；总线仲裁周期。期；存储器刷新周期；总线仲裁周期。5:24:1123第04章 常用工业控制计算机简介3）PCI总线总线 PCI（Peripheral Component Interconnect）是计）是计算机外围设备互连的意思。算机外围设备互连的意思。1992年由年由Intel发布，发布，很快就成为了商用计算机的总线标准。发展至今，很快就成为了商用计算机的总线标准。发展至今，PCI实际上已经不是一个简单的总线标准，实际上已经不是一个简单的总线标准，而是而是一类标准一类标准。例如，。例如，从使用的电源电压来分，就有从使用的电源电压来分，就有5V和和3.3V两个版本两个

23、版本；从总线时钟频率来分可以有从总线时钟频率来分可以有33.3MHz和和66MHz两种两种；从总线的宽度来分可以从总线的宽度来分可以有有32位和位和64位两种。位两种。5:24:1124第04章 常用工业控制计算机简介归纳起来，归纳起来，PCI总线具有以下特点：总线具有以下特点： （1）总线传输速率高）总线传输速率高最大允许最大允许64位并行数据传送，采用地址位并行数据传送，采用地址/数据总线复用方式，若总线时钟频数据总线复用方式，若总线时钟频率为率为33.3MHz，总线宽度为，总线宽度为32位，则传输速率为位，则传输速率为133MB/s；若总线时钟频；若总线时钟频率为率为66MHz，总线宽度

24、为，总线宽度为64位，则传输速率为位，则传输速率为528MB/s。如此之高的传输。如此之高的传输速率是其它总线难以比拟的，它大大地缓解了数据速率是其它总线难以比拟的，它大大地缓解了数据I/O瓶颈，使高性能瓶颈，使高性能CPU得以充分发挥作用，并满足了高速设备数据传输的需要。得以充分发挥作用，并满足了高速设备数据传输的需要。（2）不受处理器限制）不受处理器限制PCI总线通过总线通过CPU局部总线到局部总线到PCI总线之间的桥接器形成了一种独特的中总线之间的桥接器形成了一种独特的中间缓冲器设计方式，它将中央处理器子系统与外围设备分开，使间缓冲器设计方式，它将中央处理器子系统与外围设备分开，使PCI

25、总线总线具有独立于处理器的结构特点。一般来说，在中央处理总线上增加更多的具有独立于处理器的结构特点。一般来说，在中央处理总线上增加更多的设备或部件会降低系统的性能和可靠程度。而有了缓冲器的设计方式，用设备或部件会降低系统的性能和可靠程度。而有了缓冲器的设计方式，用户可随意增添外围设备，以扩展电脑系统而不必担心在不同时钟频率下会户可随意增添外围设备，以扩展电脑系统而不必担心在不同时钟频率下会导致系统性能的降低。导致系统性能的降低。5:24:1125第04章 常用工业控制计算机简介（3）兼容性强）兼容性强微机微机系统内均通过系统内均通过PCI/ISA总线桥实现总线桥实现PCI总线与总线与ISA、V

26、ESA及及MCA总线总线的的完全兼容完全兼容，保证了通用的，保证了通用的ISA总线技术到高性能总线技术到高性能PCI总线的平稳过渡，这正总线的平稳过渡，这正是是PCI总线的生命力所在总线的生命力所在。并。并实现不同总线之间的隔离实现不同总线之间的隔离。如。如当当CPU通过局部通过局部总线从总线从Cache中存取数据进行处理时，中存取数据进行处理时，PCI总线可同时对总线可同时对DRAM进行读写操进行读写操作，而作，而ISA总线则可进行总线则可进行I/O操作。操作。（4）自动配置功能）自动配置功能PCI总线标准为总线标准为PCI接口提供了一套完整的自动配置功能，使接口提供了一套完整的自动配置功能

27、，使PCI接口所需要接口所需要的各种硬件资源如中断、内存、的各种硬件资源如中断、内存、I/O地址等通过即插即用的地址等通过即插即用的BIOS在系统启动在系统启动时进行自动配置，达到对计算机资源的优化使用和合理配置，从而使时进行自动配置，达到对计算机资源的优化使用和合理配置，从而使PCI接接口达到真正的即插即用（口达到真正的即插即用（(PnP)目的，使接口的设计和应用更加简单容易。目的，使接口的设计和应用更加简单容易。PCI插槽插槽ISA插槽插槽5:24:1126第04章 常用工业控制计算机简介4.4. PCIPCI总线总线I/OI/O卡卡- -常用的数据采集卡常用的数据采集卡1) )模拟模拟量

28、输入卡（量输入卡（A/D卡）卡） 在工业测控系统中，输入信号往往是模拟量，这就需要一个装置把模拟量转换成数字量，各种A/D芯片就是用来完成此类转换的。在实际的计算机测控系统中，不是以A/D芯片为基本单元，而是制成商品化的A/D板卡。 模拟量输入板卡根据使用的A/D转换芯片和总线结构不同，性能有很大的区别。板卡通常有单端输入、差分输入以及两种方式组合输入三种。板卡内部通常设置一定的采样缓冲器，对采样数据进行缓冲处理，缓冲器的大小也是板卡的性能指标之一。在抗干扰方面，A/D板卡通常采取光电隔离技术，实现信号的隔离。板卡模拟信号采集的精度和速度指标通常由板卡所采用的A/D转换芯片决定。 5:24:1

29、127第04章 常用工业控制计算机简介例如，下图所示为研华PCI-1713模拟量输入卡。该板卡具有32 路单端或16 路差分模拟量输入，或组合输入方式，12位A/D转换分辨率，A/D转换器的采样速率可达100 kHz，每个输入通道的增益可编程，卡上有4K采样FIFO缓冲器，2500VDC 隔离保护，支持软件、内部定时器触发或外部触发。 5:24:1128第04章 常用工业控制计算机简介2）模拟）模拟量输出卡（量输出卡（D/A卡）卡） 计算机内部处理采用的是数字量，而执行机构计算机内部处理采用的是数字量，而执行机构采用的是模拟量。计算机通过采用的是模拟量。计算机通过D/AD/A板卡将数字板卡将数

30、字量转化为模拟量，从而通过控制执行机构的动量转化为模拟量，从而通过控制执行机构的动作去控制生产工艺过程。作去控制生产工艺过程。 D/A转换板卡同样依据其采用的转换板卡同样依据其采用的D/A转换芯转换芯片的不同，转换性能指标有很大的差别。片的不同，转换性能指标有很大的差别。 5:24:1129第04章 常用工业控制计算机简介例如，下图所示为研华PCI-1720U模拟量输出卡。该板卡具有四路12 位D/A 输出通道，多种输出范围。由于能够在输出和PCI总线之间提供2500VDC的隔离保护，PCI-1720非常适合需要高电压保护的工业场合。 5:24:1130第04章 常用工业控制计算机简介3）数字

31、）数字量输入量输入/输出卡（输出卡（I/O卡）卡） 计算机测控系统通过数字量输入板卡采集工计算机测控系统通过数字量输入板卡采集工业生产过程的离散输入信号，并通过数字量业生产过程的离散输入信号，并通过数字量输出板卡对生产过程或控制设备进行开关式输出板卡对生产过程或控制设备进行开关式控制（二位式控制）。控制（二位式控制）。将数字量输入和数字量输出功能集成在一块将数字量输入和数字量输出功能集成在一块板卡上，就称为数字量输入板卡上，就称为数字量输入/输出板卡，简称输出板卡，简称I/O板卡。板卡。 5:24:1131第04章 常用工业控制计算机简介例如，下图所示为研华PCI-1730数字量输入/输出卡，

32、它提供了16路数字量输入和16路数字量输出，高输出驱动能力和中断能力，具有2500VDC高电压隔离I/O通道。5:24:1132第04章 常用工业控制计算机简介4）脉冲量）脉冲量输入输入/输出板卡输出板卡 工业控制现场有许多高速的脉冲信号，如旋转编码器、流量检测信号等，这些都要用脉冲量输入板卡或一些专用测量模块进行测量。脉冲量输入/输出板卡可以实现脉冲数字量的输出和采集，并可以通过跳线器选择计数、定时、测频等不同工作方式，计算机可以通过该板卡方便地读取脉冲计数值，也可测量脉冲的频率或产生一定频率的脉冲。考虑到现场强电的干扰，该类型板卡多采用光电隔离技术，使计算机与现场信号之间全部隔离，来提高板

33、卡测量的抗干扰能力。5:24:1133第04章 常用工业控制计算机简介例如，下图所示的研华PCI-1780U计数器/定时器卡，是基于PCI总线设计的接口卡。该卡使用了AM9513芯片，能够通过CPLD实现计数器/定时器功能。此外，该卡还提供8个16位计数器通道，并具有8通道可编程时钟资源，8路TTL数字量输出/8路TTL数字量输入，最高输入频率达20MHz，有多种时钟可以选择，可编程计数器输出，同时有计数器门选通功能。 5:24:1134第04章 常用工业控制计算机简介板卡安装板卡安装关闭计算机电源，打开机箱，将PCI板卡正确地插到一空闲的PCI插槽中，如图所示，检查无误后合上机箱。 图6-8

34、 PCI-1710HG板卡安装35第04章 常用工业控制计算机简介用用PCI-1710HG板卡构成的控制系统框图如图板卡构成的控制系统框图如图6-6所示。所示。 36第04章 常用工业控制计算机简介37第04章 常用工业控制计算机简介二、二、IPC的软件组成的软件组成 1 1系统软件系统软件用来管理用来管理IPCIPC的资源，并以简便的形式向用户提供服务，包括的资源，并以简便的形式向用户提供服务，包括实时多任务操作系统、引导程序、调度执行程序等，其中操作实时多任务操作系统、引导程序、调度执行程序等，其中操作系统是系统软件最基本的部分，如系统是系统软件最基本的部分，如MS-DOSMS-DOS和和

35、WindowsWindows系统软件。系统软件。2.2.工具软件工具软件技术人员从事软件开发工作的辅助软件，包括汇编语言、高级技术人员从事软件开发工作的辅助软件，包括汇编语言、高级语言、编译程序、编辑程序、调试程序、诊断程序等，借以提语言、编译程序、编辑程序、调试程序、诊断程序等，借以提高软件生产效率，改善软件产品质量高软件生产效率，改善软件产品质量。3 3应用软件应用软件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，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，往往涉及应用领域的专业知识。往往涉及应用领域的专业知识。它包括过程输入程序、过程控它包括过程输入程序、过程控制程序、

36、过程输出程序、人一机接口程序、打印显示程序和控制程序、过程输出程序、人一机接口程序、打印显示程序和控制程序等。制程序等。5:24:1138第04章 常用工业控制计算机简介总结：总结：IPCIPC功能特点功能特点1.1.可靠性和可维修性好可靠性和可维修性好2 2通用性和扩展性好通用性和扩展性好3 3软件丰富编程趋向组态软件丰富编程趋向组态 4 4控制实时性强控制实时性强5 5精度和速度适当精度和速度适当5:24:1139第04章 常用工业控制计算机简介4.24.2 可编程控制器可编程控制器( (PLC)PLC) 可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器，简称可编程控制器简称可编程控制器PLCPLC，是

37、计算机技术与继电逻辑控制概念相结合的产物，是计算机技术与继电逻辑控制概念相结合的产物，其其低端为常规继电逻辑控制低端为常规继电逻辑控制的替代装置，而的替代装置，而高端高端为一种高性能的工业控制计算机。为一种高性能的工业控制计算机。链接动画5:24:1140第04章 常用工业控制计算机简介4.2.1 概述概述4.2.2 PLC的硬件组成的硬件组成4.2.3 PLC的软件系统的软件系统4.2.4 PLC的工作过程的工作过程4.2.5 建立建立PLC与计算机的连接与计算机的连接 41第04章 常用工业控制计算机简介4.24.2.1 .1 概述概述 PLCPLC在早期是一种开关逻辑控制装置，被称在早期

38、是一种开关逻辑控制装置，被称为可编程序逻辑控制器为可编程序逻辑控制器(Programmable Logic (Programmable Logic Controller)Controller)，简称，简称PLCPLC。 随着计算机技术和通信技术的发展，随着计算机技术和通信技术的发展，PLCPLC采用微处理器作为其控制核心，它的功能已采用微处理器作为其控制核心，它的功能已不再局限于逻辑控制的范畴。因此，不再局限于逻辑控制的范畴。因此，19801980年年美国电气制造协会美国电气制造协会(NEMA)(NEMA)将其命名为将其命名为Programmable Controller(PC)Program

39、mable Controller(PC)，但为避免与，但为避免与个人计算机个人计算机(Personal Computer)(Personal Computer)的简称的简称PCPC混混淆，习惯上仍将其称为淆，习惯上仍将其称为PLCPLC。42第04章 常用工业控制计算机简介1. PLC的定义 国际电工委员会（ IEC）于 1982年11月1985年1月对可编程序控制器作了如下的定义：“可编程可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运

40、算、顺序控储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通制、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式模拟式的输入和输出，控制各种类型的过数字式模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充功能的原则而设计于扩充功能的原则而设计”。43第04章 常用工业控制计算机简介PLC的定义 PLC是一种数字运算操作是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下的电子系统，专为工业环境下应用而设计的工业控制

41、装置。应用而设计的工业控制装置。44第04章 常用工业控制计算机简介PLC的基本组成的基本组成PLC主要由CPU模块、输入/输出模块、电源模块和外部设备组成 45第04章 常用工业控制计算机简介整体式整体式组合式组合式 PLC的基本分类的基本分类小型机常采用整体式小型机常采用整体式中、大型机常采用组合式中、大型机常采用组合式4.2.2 认知PLC的硬件组成46第04章 常用工业控制计算机简介输出设备输出设备输入设备输入设备 I/OI/O扩展扩展 单元单元 特殊功特殊功 能单元能单元主机主机输出单元输出单元输入单元输入单元 电电 源源外设接口外设接口I/O/O扩扩展展口口存存 储储 器器 系统程

42、序系统程序 存储器存储器 C P U 用户程序用户程序 存储器存储器盒式磁带机盒式磁带机打印机打印机EPROMEPROM写入器写入器 上位计算机上位计算机 PLCPLC编程器编程器可编程终端可编程终端PTPT 整体式整体式 PLC的基本组成框图的基本组成框图47第04章 常用工业控制计算机简介 组合式组合式 PLC的基本组成框图的基本组成框图 系系 统统 总总 线线通信单元通信单元 控控 制制 系系 统统 现现 场场 过过 程程CPU单元单元输出单元输出单元 编程器编程器PLC或或上位计算机上位计算机智能智能I/O单元单元输入单元输入单元48第04章 常用工业控制计算机简介 输入并存储用户程序

43、、显示输入内容和地址；输入并存储用户程序、显示输入内容和地址； CPU指挥指挥PLC完成各种预定的功能完成各种预定的功能 检查、校验用户程序，发现错误即报警；检查、校验用户程序，发现错误即报警； 执行用户程序、驱动外部输出设备动作；执行用户程序、驱动外部输出设备动作； 诊断故障、记忆故障信息并报警。诊断故障、记忆故障信息并报警。1 1.2.1 .2.1 CPU单元单元49第04章 常用工业控制计算机简介CPU的种类的种类PLC中所采用的CPU通常有三种 ：（1）通用处理器：8086、80286、80386（2）单片机芯片：8031、8096（3）位片式微处理器：AMD-2900小型PLC多采用

44、8位微处理器或单片机作为CPU中型PLC多采用16位微处理器或单片机作为CPU大型PLC多采用高速位片式微处理器50第04章 常用工业控制计算机简介系统程序存储器系统程序存储器 存储系统系统程序存储系统系统程序用户程序存储器用户程序存储器 存储系统用户程序存储系统用户程序工作数据存储器工作数据存储器 存储工作数据存储工作数据 2. 存储器存储器51第04章 常用工业控制计算机简介RAM：存储各种暂存数据、中间结果、用户正调存储各种暂存数据、中间结果、用户正调 试的程序。试的程序。ROM：存放监控程序和用户已调试好的程序。存放监控程序和用户已调试好的程序。 存储器存储器52第04章 常用工业控制

45、计算机简介 PLC与外部设备联系的桥梁与外部设备联系的桥梁 开关量输入单元开关量输入单元 开关量输出单元开关量输出单元 直流输入单元直流输入单元 交流输入单元交流输入单元晶体管输出单元晶体管输出单元晶闸管输出单元晶闸管输出单元继电器输出单元继电器输出单元 1 1.2.2.2.2. I/OI/O单元单元53第04章 常用工业控制计算机简介 输入、输出接口：输入、输出接口：采用光电隔离，实现了采用光电隔离，实现了PLC的内部电路的内部电路与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。与外部电路的电气隔离，减小了电磁干扰。输出接口作用：输出接口作用：将主机向外输出的信号转换成可以驱动外将主机向外输出的信号转

46、换成可以驱动外部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断部执行电路的信号，以便控制接触器线圈等电器通断电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。电；另外输出电路也使计算机与外部强电隔离。输出三种形式：输出三种形式：继电器继电器 - 低速大功率低速大功率 可控硅可控硅 - 高速大功率高速大功率 晶体管晶体管 - 高速小功率高速小功率输入接口作用：输入接口作用：将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，将按钮、行程开关或传感器等产生的信号，转换成数字信号送入主机转换成数字信号送入主机。54第04章 常用工业控制计算机简介 直流输入电路直流输入电路M+5VLEDSR3R1AR2CT 内内 部部 电电

47、 路路滤波滤波 光电耦合光电耦合 外部开关外部开关 输入点的状输入点的状态显示态显示 输入点输入点 公共端公共端 55第04章 常用工业控制计算机简介 交流输入电路交流输入电路LED+5VAR2MSCR1 内内 部部 电电 路路R3滤波滤波 光电耦合光电耦合 输入点的状输入点的状态显示态显示 外部开关外部开关 输入点输入点 56第04章 常用工业控制计算机简介继电器输出继电器输出（2）输出接口电路：）输出接口电路：以以继电器形式为例继电器形式为例：PLC内内部部电电路路内内部部电电路路K+交流电源或直流交流电源或直流电源电源QL+-57第04章 常用工业控制计算机简介 晶体管输出电路晶体管输出

48、电路T2LEDDFU+5V内内 部部 电电 路路T1R1R2R3负载负载光电耦合光电耦合 输出点的状输出点的状态显示态显示 公共端公共端 输出点输出点 58第04章 常用工业控制计算机简介 晶闸管输出电路晶闸管输出电路LEDR2 C TFU内内 部部 电电 路路R1负载负载光电耦合光电耦合 输出点的状输出点的状态显示态显示 公共端公共端 输出点输出点 59第04章 常用工业控制计算机简介 继电器输出电路继电器输出电路LED K R内内 部部 电电 路路负载负载输出点的状输出点的状态显示态显示 继电器继电器 机械机械触点触点 公共端公共端 输出点输出点 60第04章 常用工业控制计算机简介 PL

49、C由开关式稳压电源为内部电路供电由开关式稳压电源为内部电路供电抗干扰性能好抗干扰性能好 有的有的PLC能向外部提供能向外部提供24V的直流的直流电源电源 可作为输入单元连接的外部设备的电源可作为输入单元连接的外部设备的电源 开关电源开关电源输入电压范围宽输入电压范围宽体积小体积小重量轻重量轻效率高效率高 3.3. 电源单元电源单元61第04章 常用工业控制计算机简介电源单元电源单元把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源。有的电源单元还向外提供24v隔离直流电源，可供开关量输入单元连接的现场无源开关等使用。 62第04章 常用工业控制计算机简介PLC的供电63第04章 常用工业控制计算机

50、简介 各种接口、高功能模块：各种接口、高功能模块：便于扩展便于扩展 小型机：小型机：一体机。有接口可扩展。一体机。有接口可扩展。 状态显示通信口顶部端子盖电源及输出端子前盖 方式开关、电位器、扩展I/O连接底部端子盖输入端子、传感器电源存储器卡64第04章 常用工业控制计算机简介Power in a Small Package!电源模块CPU模块IO模块底 板中、大型机：中、大型机：模块式。可根据需要在主板上随意组合模块式。可根据需要在主板上随意组合。65第04章 常用工业控制计算机简介PLC的外部设备主要有：的外部设备主要有：编程设备编程设备触摸屏触摸屏操作面板操作面板文本显示器文本显示器打

51、印机打印机 等等 4.外部设备外部设备66第04章 常用工业控制计算机简介 编程设备编程设备PCFP PROGRAMMER(HELP)CLRWRTFN/PFLSTKIX/IYNOTDT/LdREADOTL WLORR WRANY WYSTX WXSRC(-)OP(BIN)K/HSCCTC EVTMT SVACLRENTBAFEDC 98 3 2 1 0 7 6 5 4(DELT)CLR67第04章 常用工业控制计算机简介 编程器是对编程器是对PLC进行操作的工具进行操作的工具 专专 用用 编编 程程 器器 在装有专用编程软件的计算机上编程在装有专用编程软件的计算机上编程 简易编程器简易编程器

52、直插式、便携式直插式、便携式 计算机辅助编程计算机辅助编程 图形编程器图形编程器 编程工具编程工具68第04章 常用工业控制计算机简介5:24:12S7200S7200：（STEP-7 MICRO/WINSTEP-7 MICRO/WIN入门入门） S7300S7300：（STEPSTEP7 7）69第04章 常用工业控制计算机简介4.2.3 PLC的软件系统1. 系统程序系统程序 系统程序系统程序是由PLC的制造者采用汇编语言编写的，固化于ROM型系统程序存储器中，用于控制PLC本身的运行，用户不能更改。 系统程序分为：系统程序分为： 系统系统管理程序管理程序 用户用户指令解释程序指令解释程序

53、 标准标准程序模块和系统调用程序程序模块和系统调用程序 70第04章 常用工业控制计算机简介PLC的软件系统的软件系统2.用户用户程序程序 用户程序用户程序又称为又称为应用程序应用程序，是用户，是用户为完成某一控制任务而利为完成某一控制任务而利用用PLCPLC的编程语言编制的程序。的编程语言编制的程序。用户程序是线性地存储在用户程序是线性地存储在系统程序制定的存储区内。系统程序制定的存储区内。1 1用户环境用户环境 用户环境是由系统程序生成的，它包括用户用户环境是由系统程序生成的，它包括用户数据结构、用户元件区、用户程序存储区、用户参数、文数据结构、用户元件区、用户程序存储区、用户参数、文件存

54、储区等。件存储区等。2 2用户程序结构用户程序结构 用户程序结构大致可以分为三种：用户程序结构大致可以分为三种：（1 1）线性程序（）线性程序（2 2）分块程序（）分块程序（3 3）结构化程序）结构化程序3 3用户程序语言用户程序语言 PLCPLC的编程语言有多种，其中梯形图、语的编程语言有多种，其中梯形图、语句表、功能块图是三种基本语言。句表、功能块图是三种基本语言。 71第04章 常用工业控制计算机简介1.4 PLC的工作过程的工作过程PLCPLC的循环扫描工作过程的循环扫描工作过程 接线程序控制与存储程序控制接线程序控制与存储程序控制 72第04章 常用工业控制计算机简介4.接线接线程序

55、控制与存储程序控制程序控制与存储程序控制 继电接触器控制系统，又称为继电接触器控制系统，又称为接线程序控制接线程序控制系统，是通过电系统，是通过电器元器件的固定接线来实现控制逻辑，完成控制任务的。器元器件的固定接线来实现控制逻辑，完成控制任务的。73第04章 常用工业控制计算机简介接线程序控制与存储程序控制接线程序控制与存储程序控制 在在PLC控制系统中，用户根据控制要求编制出相控制系统中，用户根据控制要求编制出相应的控制程序，并写入应的控制程序，并写入PLC的程序存储器中。系统运的程序存储器中。系统运行时，行时，PLC将程序执行结果输出给相应的输出设备将程序执行结果输出给相应的输出设备，控制

56、被控对象工作控制被控对象工作。 这种控制称为这种控制称为存储程序控制存储程序控制。74第04章 常用工业控制计算机简介1.4.2 PLC 的循环扫描工作过程的循环扫描工作过程 扫描工作分为扫描工作分为 5 个阶段个阶段 公公 共共 处处 理理 阶阶 段段 程程 序序 执执 行行 阶阶 段段 扫描周期计算阶段扫描周期计算阶段 I/O 刷刷 新新 阶阶 段段 外设端口处理外设端口处理 阶段阶段75第04章 常用工业控制计算机简介 PLC的循环扫描工作过程 扫描工作一般分为：读输入、执行程序、处理通扫描工作一般分为：读输入、执行程序、处理通信请求、自诊断检查和写输出等过程，信请求、自诊断检查和写输出

57、等过程，CPU反复不停反复不停地分阶段处理上述各种不同的任务，地分阶段处理上述各种不同的任务，这种周而复始的这种周而复始的循环工作方式称为循环扫描。循环工作方式称为循环扫描。 执行用户程序只是扫描周期的一个组成部分执行用户程序只是扫描周期的一个组成部分，用，用户程序不运行时，户程序不运行时，PLC也在扫描，只不过在一个周期也在扫描，只不过在一个周期中去除了执行用户程序和读输入、写输出的内容。中去除了执行用户程序和读输入、写输出的内容。 PLC最主要的工作方式是循环扫描（周期扫描）最主要的工作方式是循环扫描（周期扫描） PLC在运行工作状态，执行如上所述的一次扫描在运行工作状态，执行如上所述的一

58、次扫描操作所需的时间称为操作所需的时间称为扫描周期扫描周期，其典型值为，其典型值为1100ms。扫描周期与用户程序的长短扫描周期与用户程序的长短、指令的种类和指令的种类和CPU的运算速度有很大的关系。的运算速度有很大的关系。用户程序较长时，指用户程序较长时，指令执行的时间在扫描周期中占相当大的比例。令执行的时间在扫描周期中占相当大的比例。 76第04章 常用工业控制计算机简介设置各异常继电器异常：(ERR/ALM)LED灯亮警告： (ERR/ALM)LED 闪烁异常或警告？ 无有异常检查结果正常？扫描周期监视 时间预置执行用户程序 程序结束？(END命令？)NoYes扫描周期固定值设定检查 有

59、固定值设置？等待设定扫描周期到 计算扫描周期 I/O 刷 新正常异常警告 接通电源初始化I/O外设端口 服务初始化I/O、内部辅助、特殊辅助、辅助记忆继电器区域清零定时器预置识别扩展单元公 共 处 理执行用户 程序扫 描 周 期 计 算 处 理刷新硬件、用户程序内存检 查 外设端口服务 接通电源接通电源 初始化初始化 硬件检查硬件检查 正常？正常？异常报警异常报警异常处理异常处理扫描周期监视扫描周期监视执行用户程序执行用户程序 程序结束？程序结束？扫描周期检查扫描周期检查有固定设置？有固定设置？ 等待等待扫描周期计算扫描周期计算 I/O刷新刷新外设端口服务外设端口服务 异常异常 公共处理公共处理 执行用执行用户程序户程序扫描周期计算扫描周期计算 刷刷 新新端端口口服服务务77第04章 常用工业控制计算机简介 (1) PLC扫描工作各环节的功能扫描工作各环节的功能 PLC上电后，首先检查硬件是否正常。上电后，首先检查硬件是否正常。 按自上而下的顺序，逐条读用户程序并执行。按