计算机控制技术第3章计算机控制系统的硬件技术.ppt

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1、第3章计算机控制系统的硬件技术3.1主机：工控机、PLC、单片机、嵌入式3.2输入输出接口技术：3.3计算机控制系统的总线技术串行总线有SPI、I2C、RS232、RS485、USB总线并行总线ISA、PCI、STD、PC104总线等数字量输入输出接口模拟量输入输出接口2021/7/281计算机控制系统的硬件主要由四部分组成：（1）主机；（2）输入输出通道；（3）外部设备；（4）检测与执行机构。3.1.1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

2、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。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的硬件板卡，如处理器板卡、开关量板卡、模拟量I/O板卡、定时/计数板卡、通信板卡等基本板卡，可以灵活地组成中、小规模的控制系统。3.1主机2021/7/2823.1.2可编程序控制器简称PLC，是一种专门为在工业环境下应用而设计的一类控制器。它采用可以编制程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并

3、能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外部设备都按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。目前，国内市场占主导地位的PLC有德国西门子S7-200300400系列和新产品S7-1200、1500系列；美国A-B公司PLC；日本欧姆龙CPM1A系列、三菱FX2N系列、松下电工FP1等产品。2021/7/2833.1.3单片微型计算机简称单片机，它在一块芯片上集成了中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、定时器/计数器和输入/输出（I/O）接口（并行I/O口、串行I/O

4、口）等。它们之间互相连接构成了一个有机的整体，可见单片机就是一种计算机。以单片机为核心，扩展一些必要的外围电路就可方便地构成单片机控制系统。这样设计的控制系统，是针对控制要求的专用最小系统。2021/7/284嵌入式系统是将专用微型计算机嵌入被控设备中的专用计算机系统，适用于应用系统对体积、功能、可靠性、成本、功耗等综合性能要求严格的场合。简单地说，嵌入式系统集计算机系统的应用软件与硬件于一体，类似于普通计算机中BIOS的工作方式，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应

5、用软件系统等组成。2021/7/285常用的单片机或嵌入式系统芯片有Intel8051系列单片机；C8051F系列单片机；ATMEL公司的AVR系列单片机；TI公司的MSP430系列单片机；Motorola单片机；PIC系列单片机；飞思卡尔系列单片机；STM32系列单片机；ARM系列嵌入式系统等等。2021/7/2863.2输入输出接口技术1.数字量（开关量）输入通道数字量输入通道（DI通道）的任务——是把生产过程中的开关信号转换成计算机易于接受的数字量形式。在计算机控制系统中，常常需要处理一类最基本的开关量信号，主要是开关的闭合与断开、

6、指示灯的亮和灭、继电器或接触器的吸合和释放、马达的启动和停止、晶闸管的通和断、阀门的打开和关闭，它们是以二进制的逻辑“1”和“0”或电平的高和低出现。2021/7/287（1）电平转换是用电阻分压法把现场的电流信号转换为电压信号。（2）RC滤波是用RC滤波器滤出高频干扰。（3）过电压保护是用稳压管和限流电阻作过电压保护；用稳压管或压敏电阻把瞬态尖峰电压箝位在安全电平上。（4）反电压保护是串联一个二极管防止反极性电压输入。（5）光电隔离是采用光耦隔离器实现计算机与外部的完全电隔离。2021/7/2882021/7/2892.开关量（数字量）

7、输出开关量输出通道（DO通道）的任务是把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制的开关量驱动信号。根据现场负荷的不同，如指示灯、继电器、接触器、电机、阀门等，可以选用不同的功率放大器构成不同的开关量驱动输出通道。常用的有三极管输出驱动电路、继电器输出驱动电路、晶闸管输出驱动电路、固态继电器输出驱动电路等。2021/7/28102021/7/28112021/7/28123.2.2模拟量输入接口模拟量输入通道的任务是把被控对象的过程参数如温度、压力、流量、液位、重量等模拟量信号转换成计算机可以接收的数字量信号。模拟量输入通道结构组

8、成如图3-6所示，来自于工业现场传感器或变送器的多个模拟量信号首先需要进行信号调理，然后经多路模拟开关，分时切换到后级进行前置放大、采样保持和模/数转换，通过接口电路以数字量信号进入主机系统，