机电一体化原理及应用第四章

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1、第四章工业控制计算机及其接口技术4.1概述4.1.1工业控制计算机的概念与特点1.工业控制计算机的概念一般的把适合于工业环境使用的微型计算机系统称之为工业控制计算机。一般也叫IPC[IndustryPersonalComputer]。严格说来，所谓工业控制计算机，是指那些满足下述条件的计算机系统：·能够提供各种数据采集和控制功能。·能够和工业对象的传感器、执行机构直接接口。·能够在苛刻的工业环境下可靠运行。机电一体化系统中的计算机软、硬件占着相当重要的地位，它往往代表着系统的先进性和智能特征。因而，把机电一体化系统中的微机软、硬件称之为智能组成要素。一般微型机往往在实验室、办公

2、室或在家庭中使用，而机电一体化系统中的微型机通常在条件不比较恶劣的条件下使用，必须采用工业控制机或按工业环境要求设计的微型机、其要求是可靠性高、抗干扰能力强、环境适应能力好。1工业控制计算机与计算机系统相比较，具有以下主要特点：(1)具有丰富的过程输入/输出(I/O)功能工业控制计算机是与工业生产控制系统紧密结合，主要面向机电一体化产品和成套装置控制应用的要求，与生产工艺过程和机械设备相匹配的一个有机组成部分。它必须与控制仪表、显示仪表、检测仪表、执行器以及联锁保护系统联用，才能完成对各种设备和工艺装置的控制。因此，除了计算机的基本部分如CPU、存储器外，还必须有丰富的过程输入

3、／输出设备(相对于数据处理机)和完善的外部设备，这些是工业控制机能否投入运行的重要条件。2(2)实时性高所谓的“实时”，是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间内完成，亦即“及时”，超出这个时限，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。工业控制机具有时间驱动和事件驱动的能力，要能对生产过程工况变化实时地进行监视和控制。当过程参数出现偏差甚至故障时，能迅速响应，予以判断，及时处理。为此，通常需配有实时操作系统，完善的中断系统等，没有这些就无法很好地执行工业控制任务。3(3)具有高可靠性工业生产过程通常是昼夜连续的，一般的生产装置要几个月甚至一年才大修一次，非正常停机往往会造成还

4、很大的损失，这就要求工业控制机可靠性尽可能的高。因此它要求：低故障率；一般来说，要求工业控制机的平均故障间隔时间(MTBF)不应低于数千甚至上万小时。短的故障修复时间(MTTR)；可采用冗余技术，更换模板容易，能够热拔插。运行效率高；一定时间内(例如一年)，运行时间占整个时间的比率一般要求99％以上。4(4)环境适应性强工业现场环境恶劣，工业控制计算机必须采取必要的措施，适应高温、高湿、腐蚀、振动冲击、灰尘等环境。例如，工业现场环境下电、磁干扰严重，供电条件不良，工业控制机必须有极高的电磁兼容性，有高抗干扰能力和共模抑制能力。(5)有丰富的应用软件工业控制软件正向结构化、组态化

5、发展。工业控制计算机一般与PC机兼容，在PC机上运行的软件一般都可以在工业控制计算机上运行。5(6)技术综合性要求高工业控制计算机应用是系统工程问题。除了要解决计算机的基本部分以外，还需要解决它如何与被测控对象的接口，如何适应复杂的工业环境，如何与工艺过程与企业管理相结合等一系列问题。以上是工业控制计算机和其它类型计算机相比的区别64.1.2微型计算机系统总线的概念总线：微型计算机系统中信号线的集合，是一种传送规定信息的公共通道，有时亦称数据公路，通过它可以把各种数据和命令传送到各自要去的地方。在微型计算机系统中广泛采用三总线的结构形式数据总线、地址总线和控制总线。7数据总线上

6、传送的是数据信息。通常8位微处理器有8位数据总线，16位微处理器有16位数据总线，32位的微处理器则有32位数据总线。当然，也有例外，如采用复用等办法。地址总线是单向的。微处理器要用地址确切指定与之通信的外部硬件。每一个存储单元有一个地址，每一个接口也有一个地址。控制总线是用来确定数据总线上信息流时间序列的。微型计算机系统总线是影响计算机性能的瓶颈。84.1.3常用的工业控制计算机总线1.IBMPC总线和AT总线IBMPC总线是IBMPC／XT个人计算机采用的微型机总线，它是针对Intel8088微处理器设计的，它有62条信号线，以适应8088的8位数据线和20位地址线。这种总

7、线是用户在IBMPC／XT机的大母板上扩展I／O模板的I／O总线。为了和Intel80286等高性能16位微处理器兼容，IBM公司在PC总线基础上增加了一个36个引脚的AT扩展插座而形成16位的AT总线，IBM／AT及其兼容机机箱中，通常在母板上分别设置几个AT插槽和PC插槽，这种结构也称之为IBM公司的ISA(IndustrialStandardArchitecture)结构，即工业标准结构。9工业标准结构ISA102.PC104总线PC/104是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线,