王建华计算机控制技术课件第2章

2.1工业控制机的特点工业控制机也称工业计算机IPC(industrialpersonalcomputer，以下简称工控机)。它主要特点如下：1.可靠性高

平均无故障工作时间(MTBF)达到几万小时。2.实时性好

配有实时多任务操作系统(RTDOS)。3.环境适应性强

对温度／湿度变化范围要求高；有防尘、防腐蚀、防振动冲击的能力;有较好的电磁兼容性和高抗干扰能力及高共模抑制的能力。4.过程输入和输出配套较好

如模拟量、开关量、脉冲量、频率量等输入输出模板。第2章工业计算机简介

5.系统扩充性好6.系统开放性

主机接口、网络通信、软件兼容及升级等方面遵守开放性原则。7.控制软件包功能强，如组态软件。8.系统通信功能强

具有串行通信、网络通信功能。

9.后备措施齐全

包括供电后备，存储器信息保护，手动／自动操作后备，紧急事故切换装置等。

10.具有冗余性

括双控制站、双操作站、双网通信；双供电系统、双电源等，具有双机切换功能，双机监视软件等，以确保系统长期不间断地运行。2.2工业控制机的分类按照所采用的总线标准类型可将工业控制机分成下列四类：1.PC总线工控机有ISA总线、VESA局部总线(VL—BUS)、PCI总线、PC104总线等几种类型工控机，主机CPU类型有80386、80486、Pentium等。2.STD总线工控机它采用STD总线，主机CPU类型有80386、80486、Pentium等，另外与STD总线相类似的尚有STE总线工控机。3.VME总线工控机它采用VME总线，主机CPU类型以Motoro1a公司的M68000、M68020和M68030为主。4.多总线工控机它采用MULTIbus总线，以INTEL工控机为代表，主机CPU类型有80386、80486和Pentium等。广义而言，工控机的类型更广些，主要有IPC工控机，PLC可编程序控制器，专用控制机以及其他类型的工控机，智能控制器等。2.3总线式工控机

2.3.1STD总线1.总线标准STD总线最早由PRO-LOG公司在1978年推出，正式标准为IEEE961标准。2.支持的处理机系统STD总线可支持16、32位处理机；如8086、68000、80286。3.总线的基本组成STD总线由56根线组成。56根线按功能分为4组。最早的STD总线定义为：8根双向数据线，16根地址线，两根总线控制线和10根电源和地线。控制信号线又分：存储器、I／O控制线，外围设备定时，时钟和复位，中断和总线控制，串行优先链和CPU状态。4.总线的数据传输控制方式

STD总线采用同步方式进行数据传输。5.支持中断能力原始的STD总线只有两条中断控制线，对中断的控制能力很差。6.支持多主的能力

原始的STD总线只有两条总线控制信号线，因此，支持多主的能力是很差的。7.电源总线STD的电源总线由±5V、±12V和地几种信号线组成。8.模板尺寸11.4×16.5cm。(4.5×6.5inch)。9.系统的技术特点(1)小板结构，机械强度大，抗振动、冲击能力强。(2)严格的标准化、模块化结构，使得不同厂家的产品容易兼容。(3)可靠性高RO-LOG的STD产品保修期为5年。2.3.2PC总线1.PC总线工业控制机主要特点(1)兼容性好、升级容易(2)性能价格比高(3)丰富的软件支持(4)通信功能强(5)可靠性高工业PC均比普通PC提高2—3倍。2.PC总线工业控制机体系结构工业PC(IPC)是以PC总线(ISA，VESA，PCI总线)为基础构成的工业计算机。IPC构成图如下所示。打印机硬盘键盘软驱彩色显示器显示卡ALL—IN—ONE主机板扩充模板扩充模板光驱电源串行口RS-232C打印口键盘口IDE口ISABUSIPC构成原理3.工业控制机机械结构下图描述了工业PC机械结构组成。防尘与保证运行安全的带锁门电源、硬盘及键盘的状态指示灯RESET键、KEYBOARD-LOCK键带可拆卸空气过滤器的面板双冷却风扇建立空气正压力，经过滤的空气在机箱内流通300W工业开关电源可拆卸式光驱、软驱框架防震的可调节夹钳用于安展电缆的面板装特殊连接器或扩加固型金属机箱14槽PC总线底版电源on/off键4.PC总线标准规范ISA总线较为成熟，工业PC机主要以ISA总线、PCI总线为主流ISA总线信号定义ISA总线的98根信号线如下图所示62+36信号线定义如下：CLK(输出，第B20脚)是一个8MHz系统时钟信号。RESET(输出，第B2脚)在系统上电或从过电压恢复时复位或初始化系统逻辑。

SA0～SA19(输入／输出，第A31～12脚),LA17～LA23(输入／输出，第C8～C2脚)为地址线.SD0～SD15(输入／输出，第A9～A2脚、C11～C18脚)16位数据总线，SD0是最低有效位，SD15是最高有效位。

IRQ3～IRQ7，IRQ9～IRQ12，IRQ14～IRQ15(输入第B25～B21，B4，D3～D7脚)为中断请求信号。它们用来通知微处理器注意I／O装置的请求。

(输入／输出，第B14脚)为I／O读信号，它指示I／O装置把数据送到数据总线上。

(输入／输出，第B13脚)为I／O写信号，它指示I／O装置读取数据总线上的数据。AEN(输出，第A11脚)为地址允许信号，用于把微处理器及其他装置从I／O通道上释放以便能够执行DMA传送。当此线有效时，DMA控制器将控制地址总线，数据总线读取命令线(存储器和I／O通道)及写命令线(存储器和I／O)。(输入，第D2脚)“I／O16位芯片选择”用来通知系统主板，当前的数据传送是一个16位的、等待状态的I／O周期。它的驱动来自地址的译码。ISA总线可提供24位存储器地址，数据访问可选择8位或16位。2.3.3MULTIbus总线

1.总线标准的形成过程及其标准1982年完成标准化工作，MULTIbus为IEEE796标准。2.支持的处理机多总线几乎支持所有的8位到32位的处理机，是一种非常灵活的总线。3.总线的基本组成多总线底板上有两排连接器：P1和P2。IEEE796标准定义了P1的86根线和P2的4根线。这90条信号线可分成以下几类：·25条地址线·2条禁止线·16条数据线·9条控制线·9条中断线·5条总线交换线·24条电源线4.总线的数据传输控制方式异步方式。5.支持中断能力：8条中断请求线、1条中断应答信号线，中断支持能力是很强的。6.支持多主能力：多总线支持16个主设备。

7.电源电压：多总线中提供了数目很大的电源线和地线，包括＋5V、±12V的电压，地线则定义了电源地和信号地两种，工业控制应用极为方便。

8.板子尺寸304.8cm×171.5cm(12inch×6.75inch)9.总线连接器的形式：MULTIbus总线连接器采用两个边缘连接器。10.特点：·支持各种体系结构，包括单处机和多处理机体系结构，·结构原理简单。·支持的处理机范围很广，从8位到32位。·具有实时多任务操作系统RMX86系列的支持。2.4可编程控制器PLC

2.4.1PLC的基本组成PLC是一种以微处理器为核心的用作控制的特殊计算机，PLC的逻辑框图如下图所示。外设接口输入部件I/O扩展单元输出部件I/O扩展口ROMRAM后备电源电源CPU编程装置计算机其他外设接收现场信号驱动受控元件PLC逻辑框图2.4.2PLC各组成部分1.中央处理单元CPU一般的中型可编程控制器多为双微处理器系统。一个是字处理器，多为8位或16位的微处理器．另一个是位处理器，也称布尔处理器。2.存储器在可编程控制器系统中，存储器主要存放系统程序、用户程序及工作数据。由PROM，EPROM，EEPROM，MMC及RAM等组成。3.输入／输出部件I／O单元主要类型有：数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出等。2.5单片机

下图是用单片机实现过程控制的典型结构原理框图。程序存储器EPROMI/O打印机绘图仪

显示器键盘程序存储器RAMI/O扩展数字量测量模拟量测量开关量控制开关量控制光电隔离光电隔离光电隔离A/DD/A单片机I/O测控部分基本部分外设部分单片机过程控制原理框图2.6单回路数字调节器单回路数字调节器(Sing1eStrategyController，简称SSC)是一种以微处理器或单片微型计算机为核心，能完成生产过程1～4个回路直接数字控制任务的数字控制仪表，其结构原理如下图所示。模拟输出切换开关……-DO1开关量输出TXDRXDDO4DI1DI4AI1AI4AO1AO4………………+通信接口PIAMPU继电器EPROMEAPROM光电隔离模拟输入切换开关RAM显示V/IV/ID/A键盘单回路数字调节器的结构原理PIAMPU单元是调节器的核心，它包括微处理器(或单片微机)、系统存贮器(PRO