计算机控制系统的硬件基础

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1、第2章计算机控制系统的硬件基础本章主要教学内容2.1计算机控制技术2.2常用的控制计算机2.3模拟量输入通道2.4模拟量输出通道2.5数字量输入输出通道2.1计算机控制技术2.1.1工业控制技术的发展流体控制技术测量元件：就地式气动仪表执行元件：气动或液压元件。如气缸、气泵、液压缸、液压泵、液压马达等电气电子技术气动、电动单元组合式仪表和集中控制室：主要是基于4-20mA电流信号的仪表和控制系统计算机控制技术基于微处理器的自动控制技术。计算机控制技术和系统已成为整个企业自动化的核心基础，不仅用于生产的自动化监控，也是上层管理信息

2、系统的数据源和基础核心模块。2.1.2工业控制自动化的层次管理自动化过程自动化基础自动化工业过程综合自动化系统将生产过程的生产工艺技术、设备运行技术、和生产过程管理技术集成起来，实现生产过程的优化控制、优化运行和优化管理，从而保证与产品质量、成本及相关的综合生产指标优化。2.1.3计算机控制技术在企业自动化中的作用流程工业过程控制技术是将与产品的质量、产量、成本相关的经济技术指标自动转化为流程工业生产过程各工序自动控制的系统参数，从而保证达到产品的微观组织和最终性能的高技术。以PLC和工控机为主。难点：很多过程中的非线性特性离散

3、工业离散工业自动化的主要特征是计算机集成制造系统，即CIMS。它将信息技术、现代管理技术与先进设计制造技术相结合，应用于企业产品生命全周期。离散工业企业的生产现场底层的核心控制器通常是专用的。2.2常用的控制计算机工业生产过程中的计算机控制系统内常见的核心控制器分别为●工业控制计算机IPC（简称工控机）●可编程序控制器PLC●单片机中小型控制系统中的主要控制装置，也是大型网络控制系统中的控制单元在智能控制仪表、智能网络控制器及小型控制器中应用广泛2.2.1工业控制计算机（IPC，工控机）●专用的、使用于工业环境的工控机，成为实现

4、低成本工业自动化的重要途径。●工控机是以计算机为核心的测量和控制系统，处理来自工业系统的输入信号，再根据控制要求输出控制信号去控制生产过程●硬件上，由生产厂家按照某种标准总线，设计制造符合工业标准的主机板及各种I/O模块，设计者和使用者只要选用相应的功能模块，可灵活地构成各种计算机控制装置1工控机的组成与特点●工控机的硬件组成典型的工控机由加固型工业机箱、工业电源、显示板、硬盘驱动器、光盘驱动器、各类输入/输出接口模块、显示器、键盘、鼠标、打印机等组成。（a）外部结构（b）外部结构图2.2-1工控机的主机箱结构主机板人-机接口系

5、统支持磁盘系统通信接口外部总线内部总线模拟量输入通道AI模拟量输出通道AO数字量输入通道DI数字量输出通道DO工控机的各部件均采用模块化结构，即在一块无源的平行底板总线上，接插多个功能模块组成一台工控机图2.2-2工控机的硬件组成结构●软件组成系统软件包括实时多任务操作系统、引导程序、调度执行程序，如Intel公司的iRMx86实时多任务操作系统。此外也使用MS-DOS，Windows软件工具软件软件开发的辅助软件，包括汇编语言、高级语言、编译程序、调试程序、诊断程序等。应用软件针对某个生产过程而编制的控制和管理程序，包括过程输

6、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●工控机的要求与特点可靠性高常用于连续的生产过程实时性好实时地响应被控对象的各种参数的变化环境适应性强温度/湿度、防尘/腐蚀/震动冲击等丰富的输入输出模块模拟/数字/脉冲量等I/O模块系统扩充性和开放性好控制软件包功能强系统通信功能强冗余性在对可靠性要求很高的场合，要求有双机工作及冗余系统2工控机的总线结构总线：构成微机系统的各类插件板之间的互联和通信通过系统总线来完成。这种系统总线是一种标准化的总线电路，它提供通用的电平信号来实现各种电路信号的传递。总线标准：实

7、际上是一种接口信号的标准和协议。（1）内部总线微机内部各功能模块间进行通信的总线，也称为系统总线。目前工控领域应用较多的内部总线有STD总线、ISA总线和PCI总线。●ISA总线（IBMPC总线系列）PC/XT总线：Intel8088微处理器，8位数据线、20位地址线和若干控制线，共62引脚AT总线—也称为ISA（IndustryStandardArchitecture）总线标准为了和Intel8028616位机兼容，对XT总线在电气和机械特性上作了较大的扩充，在原62引脚的基础上有增加了一个36引脚插座而形成：16位数据总线、

8、24位地址总线、15个中断并提供共享功能，8个DMA通道。1989年，COMPAQ公司联合HP、AST等9家计算机公司，在ISA总线基础上，推出了适应32位微处理器的系统总线标准EISA（ExtendedIndustrialSdandardArchitectur