第五章 工业控制计算机及其接口技术

❖ （6）2级中断，5个中断源。 ❖ （7）21个专用寄存器，有位寻址功能。 ❖ （8）两个16位定时/计数器，1个全双工串
行通信口。 ❖ （9）4组8位I/O口。
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表5-1
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❖ I/O接口电路简称接口电路，它是主机和外围 设备之间交换信息的连接部件（电路）。它 在主机和外围设备之间的信息交换中起着桥 梁和纽带作用。接口电路的主要作用如下：
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❖ 三、工业控制计算机的分类及其应用特点
❖ 1. 可编程序控制器 ❖ 图5-11是PLC应用于逻辑控制的简单事例。
输入信号是由按钮开关、限位开关、继电器触点 等提供的各种开关信号，通过接口进入PLC，经 PLC处理后产生控制信号，通过输出接口送给线 圈、继电器、指示灯、电动机等输出装置。
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图5-11 PLC的逻辑控制电路
第五章 工业控制计算机及其接口
❖ 第一节 工业控制计算机 ❖ 第二节 计算机控制接口技术 ❖ 第三节 可编程控制器 ❖ 第四节数字控制设计
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第一节 工业控制计算机
❖ 一 、工业控制计算机系统的组成 ❖ 它由计算机基本系统、人-机对话系统、系统
支持模块、过程输入输出子系统组成。 ❖ 工业控制计算机系统的软件包括适应工业控
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❖ 近几年来许多公司推出了PC/AT总线工业控 制机，一般对原有微机作了以下几方面的改
❖ （1）机械结构加固，
❖ （2）采用标准模板结构。
❖ （3）加上带过滤器的强力通风系统，加强 散热，增加系统抵抗粉尘的能力。
❖ （4）采用电子软盘取代普通的软磁盘，使 之能适于在恶劣的工业环境下工作。
❖ （5）根据工业控制的特点，常采用实时多
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❖ 2. 总线型工业控制计算机 ❖ 1）STD总线工业控制机 ❖ 典型的STD总线工控机系统的构成如图5-13所
示，其突出特点是：模块化设计，系统组成、 修改和扩展方便；各模块间相对独立，使检测、 调试、故障查找简便迅速；有多种功能模板可 供选用，大大减少了硬件设计工作量；系统中 可运行多种操作系统及系统开发的支持软件， 使控制软件开发的难度大幅降低。
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如图5-35所示。
图5-35 输入与输出通道的组成
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❖ 2.
❖ 模拟量输入通道一般由信号处理装置、 多路转换器、采样保持和A/D转换器等组 成。
❖ 模拟量输入通道有以下两种基本结构形 式。
❖ （1）一个通道设置一个A/D转换器的形 式。
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图5-32 模拟量输入通道的组成方框图
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❖ 1.输入/
❖ 在微机控制系统中，为了实现对生产过程 的控制，要将对象的各种测量参数，按要 求的方式送入微机。微机经过运算、处理 后，将结果以数字量的形式输出，此时也 要把该输出变换为适合于对生产过程进行 控制的量。所以在微机和生产过程之间， 必须设置信息的传递和变换的连接通道。 该连接通道被称为输入与输出通道，它包 括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数 字量输入通道和数字量输出通道，其组成
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图5-13 用STD总线工业控制机组成的计算机控制系统
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❖ 2） PC总线工业控制机
❖ IBM公司的PC总线微机最初是为个人或 办公室使用而设计的，早期主要用于文 字处理或一些简单的办公室事务处理。 早期产品是基于一块大底板结构，加上 几个I/O扩充槽。
❖ PC/AT总线的IBM兼容计算机由于价格 低廉、使用灵活、软件资源非常丰富， 因而用户众多，在国内更是主要流行机 种之一。
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❖ 主要特点： ❖ 1. 程序可变，柔性好。 ❖ 2. 可靠性强，适于工业环境。 ❖ 3. 编程简单，使用方便。 ❖ 4. 功能完善。 ❖ 5. 体积小，重量轻，易于装入机器内
部。
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❖ 2. 总线型工业控制计算机 ❖ 主要特点： ❖ 1）提高设计效率，缩短设计和制造周期。 ❖ 2）提高系统可靠性。 ❖ 3）便于调试和维修 。 ❖4
❖ 可编程控制器(PC，Programmable Controller) 是一种以微处理器为基础的通用型自动控制装置， 专为在工业环境下应用而设计。由于最初研制这 种装置的目的，是为了解决生产设备的逻辑及开 关量控制，故也把它称为可编程逻辑控制器 （PLC，Programmable Logic Controller）。 PLC采用可编程序的存储器，在其内部存储执行 逻辑运算、顺序控制、计数和算术运算等操作指 令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制 各种类型的机械或生产过程。
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❖ （1）解决主机CPU和外围设备之间的时 ❖ （2）解决CPU和外围设备之间的数据格
式转换和匹配问题。 ❖ （3）解决CPU的负载能力和外围设备端
口的选择问题。
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❖ 一、 ❖ 模拟量输入通道可完成模拟量的采集并
将它转换成数字量送入计算机的任务。 依据被控参量和控制要求的不同，模拟 量输入通道的结构形式不完全相同。目 前普遍采用的是共用运算放大器和A/D转 换器的结构形式，其组成方框图如图532所示。
任务操作系统。
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❖ 3. 单片机 ❖ 下面以MCS系列单片机为例，来介绍单
片机的结构、性能及使用上的特点。
❖ 1）受集成度的限制，片内存储器容量较 小。
❖ 2）可靠性高。 ❖ 3）易扩展。 ❖ 4）控制功能强。 ❖ 5）一般单片机内无监控程序或系统通用
管理程序。 14
❖ MCS-51 ❖ 该系列包括有8031、8051、8751、2051、
89C51等多种机型。其主要特点是： ❖ （1）8位CPU，工作频率为1~12MHz。 ❖ （2）128BRAM数据存储器，4KBROM程序
存储器。 ❖ （3）5V电源，40引脚双列直插式封装。 ❖ （4）12MHz工作频率时百度文库器周期为1μs，所
有指令的执行为1~4个机器周期。
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❖ （5）外部可分别扩展64KB数据存储器和程 序存储器。
制的实时系统软件、通用软件和工业控制软 件等。
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第一节
❖ 二、工业控制计算机系统的基本要求 ❖ 1.具有完善的过程输入输出功能 ❖ 2.具有实时控制功能 ❖ 3.具有可靠性 ❖ 4.具有较强的环境适应性和抗干扰能力 ❖ 5.具有丰富的软件
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❖ 三、工业控制计算机的分类及其应用特点
❖ 1. 可编程序控制器