机电一体化技术与实训-工业计算机应用

3.2工业计算机应用《机电一体化技术与实训》主要内容可编程逻辑控制器总线型工业计算机嵌入式微控制器3.2.1可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境里应用而设计。采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算和顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的或模拟的输入和输出接口，控制各种类型的机器设备或生产过程。可编程逻辑控制器1.可编程序逻辑控制器硬件(1)硬件基本结构（a）S7-200CPU224XP(24I/O+2AI/1AO)

（b）S7-200SMARTCPU信号板信号模块3.2.1可编程逻辑控制器1.可编程序逻辑控制器硬件(1)硬件基本结构（c）S7-300电源模块CPU信号板

（d）S7-400电源模块CPU信号板3.2.1可编程逻辑控制器1.可编程序逻辑控制器硬件(1)硬件基本结构(e)S7-1200通信模块CPU信号模块

（f）S7-1500电源CPU信号模块3.2.1可编程逻辑控制器1.可编程序逻辑控制器硬件(1)硬件基本结构(g)FX2N-64M

(h)FX3U-64M3.2.1可编程逻辑控制器1.可编程序逻辑控制器硬件(1)硬件基本结构（g）MELSEC-L系列电源CPU网络模块

（h）MELSECiQ-R系列电源CPU网络模块IO模块3.2.1可编程逻辑控制器1.可编程序逻辑控制器硬件(1)硬件基本结构（i）H2U系列通用型小型PLC

（j）AM600系列通用型中型PLC3.2.1可编程逻辑控制器1.可编程序逻辑控制器硬件(1)硬件基本结构西门子S7-200SMARTPLC3.2.1可编程逻辑控制器1.可编程序逻辑控制器硬件(1)硬件基本结构西门子S7-200PLC松下FP1PLC3.2.1可编程逻辑控制器1.可编程序逻辑控制器硬件(1)硬件基本结构3.2.1可编程逻辑控制器1.可编程序逻辑控制器硬件(2)PLCI/O电路S7-200SMARTCPUSR40电源板S7-200SMARTCPUSR40

CPU存储器等3.2.1可编程逻辑控制器1.可编程序逻辑控制器硬件(2)PLCI/O电路S7-200SMARTCPUSR40

IO模块等

结构框图3.2.1可编程逻辑控制器1.可编程序逻辑控制器硬件(2)PLCI/O电路3.2.1可编程逻辑控制器1.可编程序逻辑控制器硬件(2)PLCI/O电路（a）西门子S7-200SMART漏型输入接法原理图

（b）汇川H2UPLC源型输入接法原理图3.2.1可编程逻辑控制器1.可编程序逻辑控制器硬件(2)PLCI/O电路①数字量输入电路PLC输出电路3.2.1可编程逻辑控制器1.可编程序逻辑控制器硬件(2)PLCI/O电路②数字量输出电路3.2.1可编程逻辑控制器1.可编程序逻辑控制器硬件(2)PLCI/O电路③模拟量输入输出电路模拟量输入一般有±2.5V、±5V、±10V、0-20mA等，通过A/D转换电路转换为数字量。反之，通过D/A转换电路，可以将数字量转化为模拟量。

STEP7-Micro/WIN32编程软件的主界面3.2.1可编程逻辑控制器2.可编程序逻辑控制器编程软件(1)STEP7-Micro/WIN32编程软件STEP7-Micro/WINSMART软件界面3.2.1可编程逻辑控制器2.可编程序逻辑控制器编程软件（2）STEP7-Micro/WINSMART编程软件TAI博途3.2.1可编程逻辑控制器2.可编程序逻辑控制器编程软件（3）TIA博途编程软件三菱GXWorks2软件的主界面3.2.1可编程逻辑控制器2.可编程序逻辑控制器编程软件（4）三菱PLC编程软件汇川AutoShop的主界面3.2.1可编程逻辑控制器2.可编程序逻辑控制器编程软件（5）汇川AutoShop编程软件传送带生产线控制灌装及包装机械木材加工电梯控制空调控制纺织机械印刷机械3.2.1可编程逻辑控制器(1)硬件设计①案例来源3.2.1可编程逻辑控制器3.可编程序控制器应用案例(1)硬件设计①案例来源3.2.1可编程逻辑控制器3.可编程序控制器应用案例(1)硬件设计①案例来源3.2.1可编程逻辑控制器3.可编程序控制器应用案例（1）调试模式（2）自动模式（3）紧急状态（4）灯光指示控制要求：(1)硬件设计①案例来源3.2.1可编程逻辑控制器3.可编程序控制器应用案例(1)硬件设计①案例来源3.2.1可编程逻辑控制器3.可编程序控制器应用案例①变频器参数设计(2)软件编程3.2.1可编程逻辑控制器3.可编程序控制器应用案例序号参数号出厂值设置值说明1P070022命令源选择“由端子排输入”2P0701115号端子DIN1功能设定为接通正转断开停车3P070212126号端子DIN2功能设定为接通反转信号4P07039126号端子DIN3功能设定为断开快速停车5P100021频率给定输入方式设定方式为面板②系统块、符号表(2)软件编程3.2.1可编程逻辑控制器3.可编程序控制器应用案例(2)软件编程3.2.1可编程逻辑控制器3.可编程序控制器应用案例③子程序设计(2)软件编程3.2.1可编程逻辑控制器3.可编程序控制器应用案例④手动调试子程序(2)软件编程3.2.1可编程逻辑控制器3.可编程序控制器应用案例⑤自动运行子程序(2)软件编程3.2.1可编程逻辑控制器3.可编程序控制器应用案例⑥急停子程序(2)软件编程3.2.1可编程逻辑控制器3.可编程序控制器应用案例⑦显示子程序可编程逻辑控制器工业控制计算机嵌入式微控制器主要内容工业控制计算机简称工控机，是专门为工业控制设计的计算机，用于对生产过程中的机器设备、生产流程、数据参数等进行监测与控制。工控机经常在比较恶劣的环境下运行，对数据的安全性要求也很高，所以工控机通常会进行加固、防尘、防潮、防腐蚀、防辐射等特殊设计。3.2.2工业控制计算机

工控机对于扩展性的要求也非常高，接口的设计需要满足特定的外部设备。因此，工控机通常采用模块化结构，即在一块无源的并行底板总线上，插接多个模块化硬件板卡，如处理器板卡、开关量板卡、模拟量I/O板卡、定时/计数板卡、通信板卡等，可以灵活地组成中、小规模的控制系统。3.2.2工业控制计算机1.工控机硬件组成及特点(1)主机板

主机板是工控机的核心，由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）和I/O接口等构成，主机板的作用是将采集到的实时信息按照预定程序进行必要的数值计算、逻辑判断、数据处理，及时选择控制策略并将结果输出到工业过程。芯片采用工业级芯片，并且是一体化主板，以易于更换。3.2.2工业控制计算机1.工控机硬件组成及特点(2)系统总线系统总线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，信息包括指令、数据和地址。系统总线按使用位置可分为外部总线和内部总线，按其传送数据的方式可分为串行总线（有SPI、I2C、RS232、RS485、USB）和并行总线（有ISA、PCI、STD、PC104总线等）。3.2.2工业控制计算机1.工控机硬件组成及特点(3)I/O模块I/O模块是工控机主机与被控对象系统之间连接和进行信号传递和变换的连接通道。包括数字量（开关量）输入通道（DI）、模拟量输入通道（AI）、数字量（开关量）输出通道（DO）、模拟量输出通道（AO）。3.2.2工业控制计算机1.工控机硬件组成及特点(4)人-机接口包括打印机、记录仪、显示器以及专用操作显示台等。通过人-机接口设备，操作员与计算机之间可以进行信息交换。人-接口既可以用于显示工业生产过程的状态，也可以用于修改运行参数。3.2.2工业控制计算机1.工控机硬件组成及特点(5)通信接口通信接口是工控机与其他计算机和智能设备进行信息传送的通道，常用IEEE-488、RS-232C、和RS-485接口。USB总线接口和网口技术正日益受到重视。3.2.2工业控制计算机1.工控机硬件组成及特点(6)磁盘系统磁盘系统可以用半导体虚拟磁盘，也可以配通用的软磁盘和硬磁盘或采用USB磁盘。3.2.2工业控制计算机1.工控机硬件组成及特点

工控机的硬件构成了工业控制系统的设备基础，必须为硬件提供相应的计算机软件，才能实现控制任务。软件是工控机的程序系统，可分为系统软件、工具软件、应用软件3部分。3.2.2工业控制计算机2.工控机的软件系统软件即计算机操作系统（简称为操作系统），是指用于管理和控制计算机软硬件资源，并且能为用户创造便利的工作环境的一组计算机程序的集合。

通用操作系统是指用于科学计算、商用、家庭等用途的操作系统有：DOS操作系统、UNIX操作系统、Linux操作系统、WindowsNT操作系统。(1)系统软件3.2.2工业控制计算机2.工控机的软件工具软件是技术人员从事软件开发工作的辅助软件，包括汇编语言、高级语言、编译程序、编辑程序、调试程序、诊断程序等。(2)工具软件3.2.2工业控制计算机2.工控机的软件应用软件是系统设计人员针对某个生产过程而编制的控制和管理程序。通常包括过程输入输出程序、过程控制程序、人-机接口程序、打印显示程序及公共子程序等。(3)应用软件3.2.2工业控制计算机2.工控机的软件全自动光纤插针同心度检测分类仪3.2.2工业控制计算机3.工控机应用案例可编程逻辑控制器工业控制计算机嵌入式微控制器主要内容3.2.3嵌入式微控制器嵌入式微控制器(EMCU)：以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、中断系统、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A等各种必要功能和外设。常用嵌入式微控制器主要有单片机、ARM、DSP、FPGA等。单片机ARM芯片DSP芯片FPGA芯片3.2.3嵌入式微控制器嵌入式微控制器作为机电一体化设备的控制与信息处理部分。ARM在打印机中应用ARM在智能机械臂中应用DSP在步进电机驱动器中应用3.2.3嵌入式微控制器1.单片机单片微型计算机简称单片机，是指集成在一个芯片上的微型计算机，它的各种功能部件，包括CPU、存储器、I/O接口电路、定时/计数器、中断系统等都制作在一块集成电路芯片上。单片机实物图3.2.3嵌入式微控制器(1)单片机内部结构1.单片机3.2.3嵌入式微控制器(1)单片机内部结构1.单片机3.2.3嵌入式微控制器（2）单片机的主流品牌1.单片机ATMEL单片机：ATMEL公司的8位单片机有AT89、AT90两个系列,AT89系列是8位Flash单片机，与8051系列单片机相兼容,静态时钟模式；AT90系列单片机是增强RISC结构、全静态工作方式、内载在线可编程Flash的单片机,也叫AVR单片机。STC系列单片机：STC系列单片机是宏晶科技生产的单时钟／机器周期（1T）的单片机，是高速／低功耗／超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。3.2.3嵌入式微控制器（2）单片机的主流品牌1.单片机PIC单片机：是MICROCHIP公司的产品,其突出的特点是体积小,功耗低,精简指令集,抗干扰性好,可靠性高,有较强的模拟接口,代码保密性好,大部分芯片有其兼容的FLASH程序存储器的芯片。Freescale单片机：Freescale半导体提供8位微控制器、16位微控制器、32位ARMCortex-M架构微控制器，广泛用于高级驾驶员辅助系统（ADAS）、物联网、汽车电子、消费电子、工业、电机控制智能能源等领域。3.2.3嵌入式微控制器（2）单片机的主流品牌1.单片机TI单片机：德州仪器提供了TMS370和MSP430两大系列通用单片机。TMS370系列单片机是8位CMOS单片机,具有多种存储模式、多种外围接口模式,适用于复杂的实时控制场合；MSP430系列单片机是一种超低功耗、功能集成度较高的16位低功耗单片机,特别适用于要求功耗低的场合。PHLIPIS51PLC系列单片机：PHILIPS公司的单片机是基于80C51内核的单片机,嵌入了掉电检测、模拟以及片内RC振荡器等功能，在高集成度、低成本、低功耗的应用设计中可以满足多方面的性能要求。3.2.3嵌入式微控制器(1)ARM简介2.ARM一个公司的名称一类微处理器的通称一种技术的名称

作为微处理器，ARM是一种32位的单片机，其ROM和RAM远大于51，I/O口的功能和处理速度具有较大优势，另外ARM引入了多种操作系统，常用来开发手机等多媒体产品。STM32F103芯片实物图某款ARM开发板实物图3.2.3嵌入式微控制器(2)ARM微处理器特点2.ARM1）体积小、低功耗、低成本、高性能；

2）支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，很好的兼容8位/16位器件；

3）大量使用寄存器，指令执行速度更快；

4）大多数数据操作都在寄存器中完成；

5）寻址方式灵活简单，执行效率高；

6）指令长度固定。3.2.3嵌入式微控制器(3)ARM微处理器分类2.ARMARM系列系列ARM7系列ARM7EJ-SARM7TDMI

ARM7TDMI-SARM720TARM9/9E系列ARM920TARM922T

ARM926EJ-SARM940T

ARM946E-SARM966E-S

ARM968E-SARM10E系列ARM1020EARM1022E

ARM1026EJ-SARM11系列ARM1136J-SARM1136JF-S

ARM1156T2(F)-SARM1176JZ(F)-S

ARM11MPCore其他合作伙伴产品StrongARMXscale

Cortex-M3MBX3.2.3嵌入式微控制器（1）编程语言

3.编程语言与工具汇编语言：汇编语言编写的程序代码效率高,学习起来相对难度较大,而且对于复杂算法编写难度较大。