计算机控制技术第5章课件.ppt

1、第一节 控制计算机的构成 计算机控制系统的主要部分是控制计算机，控制计算机是用来构成计算机控制系统的计算机。选好合适的控制计算机是实现计算机控制的基础。计算机控制系统可粗分为两大部分：一是系统的被控对象；另一个就是用于控制的数字计算机。为与一般用于管理、科学计算的通用计算机相区别，我们称用于实时控制的计算机为控制计算机。一、控制计算机的基本组成 通常，控制计算机的控制对象(过程)都属连续的时间系统，计算机与对象进行信息交换必须借助于与对象相连的过程通道，这就是控制计算机在硬件上与通用计算机的主要不同点。下图给出了一般的控制计算机的硬件组成。二、控制计算机的特点 控制计算机在控制系统中是在线工作

2、的。因此，实时与控制是控制计算机必须具备的基本能力。与用于管理、科学计算的通用计算机的高速计算、大存储量、齐全的外设、丰富的软件相比，控制计算机有以下的特点。1实时处理能力控制计算机要有相当的实时处理能力。2比较完善的中断系统控制计算机还要有功能强大的中断系统。3高可靠性可靠性主要指计算机控制系统的无故障运行能力。4适合控制要求的过程通道 前面已多次说明过程通道是控制计算机与通用计算机的主要区别标志，过程通道是连接计算机与外部生产过程的桥梁，要求计算机与生产过程能及时、准确、可靠地交换信息。第二节 控制计算机的种类 在工业控制中，被控对象是五花八门的，有相对简单的，如直流电动机；也有较复杂的，

3、如生产过程。被控对象的多样性决定了不能采用单一类型的控制计算机来组成计算机控制系统。而是要根据被控对象的特性、控制的要求来选择合适的控制计算机。本节将概略介绍总线工业控制机、可编程序控制器、单片机、智能调节器等控制计算机。一、STD总线工业控制机按STD总线标准设计的模块式计算机系统，称为STD总线工控机。STD总线工控机采用了开放式的系统结构，系统组成没有固定的模式和标准机型，用户根据需要选择一定数量的功能模板，即可配置成适用于不同工业对象、不同生产规模的STD总线工控机。二、工业PC机 工业PC机是在IBM公司的个人计算机(PC)基础上改进和发展起来的工业控制计算机，目前人们所称的工控机主

4、要就是指工业PC机。工业PC机的系统结构如图所示，它采用了总线结构形式，整个系统由各种不同的模板组成。三、可编程序控制器1可编程序控制器的发展 1968年美国通用汽车公司(GM)提出了研制开发“新型工业控制器”的十条标准：1)编程简单，可在现场修改和调试程序。2)维护方便，最好是插件式。3)可靠性高于继电控制系统。4)体积小于继电控制柜。5)能与管理中心的计算机进行数据通信。6)在成本上低于继电控制器。7)输入为交流115v(美国电网电压是110V)。8)输出为交流115v2A以上，能直接驱动电磁阀、接触器等。9)在扩展时，原有系统变更最少。10)用户程序存储器至少要可扩展到4kB。可编程序控

5、制器的种类繁多，其具体结构形式各不相同，但由于可编程序控制器实质上是一种专用于工业控制的计算机，因此其主体都是由微处理器、存储器、输入输出单元、接口电路及总线等部分组成的，如图所示为典型PLC的基本结构框图。2可编程序控制器的硬件结构4PLC的应用四、单片机 单片机也称为微型控制器，是专为实时控制而设计制造的芯片，它将微处理器、存储器、IO接口、定时器、中断源、串行通信接口等集成在一块芯片内，集成度高，工作可靠。这种芯片多采用低功耗高速CMOS工艺。单片机的发展对现代化工程领域产生了重大的影响。单片机以体积小、功能强和价格低的优点，广泛应用于工业过程控制的各个领域。3PLC的工作原理(1)输入

6、采样阶段(2)程序执行阶段(3)输出刷新阶段如图所示是8051单片机的内部结构。单片机控制系统的特点如下：(1)结构形态的随意性(2)空间位置的随意性(3)系统规模的随意性(4)最佳经济性五、智能调节器 仪器仪表是单片机控制技术广泛应用的一个重要方面，由于嵌入了单片机，仪器和仪表具有了智能处理功能。智能调节器是一种数字化的过程控制仪表，其外形类似于一般的盘装仪表，而其内部是由微处理器CPU、存储器RAM、ROM、模拟量和数字量IO通道、电源等部分组成的一个微型计算机系统。一般有单回路、双回路、4回路或8回路的数字调节器，控制方式除一般的PID之外，还有顺序控制、前馈控制等，可组成串级控制系统。

7、第三节 工业PC机一、工业PC机的发展 现在标准的工业PC机已经从根本上克服了原来的PC机的缺点，取消了原来大母板，采用PC插件，如无源母板、CPU板等；采用电子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；开发了各类工业IO卡，改用工业电源，可抗击电网浪涌电压、失波、尖峰干扰；机箱密封并加正压送风散热，使工业PC机在自动控制领域中得到了迅速的普及。它不仅能出色地完成工厂企业中的数据采集、过程控制、能源管理、质量控制、机床自动化等一般化的任务，而且能在新一代的DCS系统的体系结构中作为系统内的节点机，构成大型网络控制系统。二、PC总线介绍 PC系列微机的总线发展到现在，已有多种类型，有

8、XT总线、ISA(AT)总线、EISA总线、PCI总线等。从市场和应用的角度看，ISA总线和PCI总线已成为主流总线。像一般总线一样，ISA总线信号可以归纳为四类：地址总线、数据总线、控制总线、电源和地。这四类总线是我们进行控制接口电路设计的基础。PCI总线的有如下特点：1)传输率高。2)采用总线主控和同步操作。3)PCI总线与CPU异步工作。4)低成本、高效益。5)兼容性好。PCI总线结构示意如图所示。三、工业PC产品介绍1机箱与无源底板2一体化CPU主板3其他接口板卡模块主要性能和技术参数如下：如图所示为PCL818模块的电路结构图:模拟量板卡定时器计数器板卡数字量板卡接线端子板通信板卡其他专用板卡