计算机控制技术与系统 课件 08 典型计算机控制系统.pptx

1第8章典型计算机控制系统8.1基于工控机的计算机控制系统8.2基于数字调节器的计算机控制系统8.3基于可编程控制器的控制系统8.4基于嵌入式系统的计算机控制系统8.5集散控制系统8.6现场总线控制系统8.7云控制系统

28.1基于工控机的计算机控制系统8.1.1工业控制机8.1.2基于PC总线的板卡8.1.3基于工控机的计算机控制系统研华工控机西门子工控机

38.1基于工控机的计算机控制系统基于工控机的计算机控制系统是一种典型的DDC控制系统。工控机通过基于PC总线的板卡进行实时数据采集，并按照一定的控制规律实时决策，产生控制指令，并通过板卡输出，对生产过程直接进行控制。具有组成灵活、成本低等特点，广泛应用于工业生产的各个领域。DDC(DirectDigitalControl)控制系统

48.1.1工业控制机工业个人计算机(IndustrialPersonalComputer，IPC)是一种加固的增强型个人计算机，是指对工业生产过程及其机电设备、工艺装备进行测量与控制用的计算机，简称工控机。普通计算机在抗干扰能力、可靠性方面存在不足，而工控机可以作为一个工业控制器在恶劣的工业环境中可靠运行。早在20世纪80年代初期，美国AD公司就推出了类似IPC的MAC150工控机。随后美国IBM公司正式推出工业个人计算机IBM7532。由于工控机的性能可靠、软件丰富、价格低廉，已被广泛应用于通信、工业控制现场、路桥收费、医疗、环保及人们生活的方方面面。

5工控机示意图西门子工控机研华工控机

6（1）工业PC的结构工控机的典型结构如图8.1所示，主要有以下几部分组成。图8.1工控机典型结构图①全钢机箱②无源底板③工业电源④CPU卡⑤其他配件

7（2）工业PC的特点专门为工业现场设计的工控机有以下特点：工控机总线设计支持各种模块化CPU卡和所有的PC总线接口板。采用高度集成芯片，以减少故障率，均为模块化﹑插板式，以便安装﹑更换和升级。使用专用固定架将插板压紧，防止震动引起接触不良。开放性好，兼容性好，吸收了PC机的全部功能，可直接运行PC机的各种应用软件。采用和PC/AT总线兼容的无源底板。它使用带有电源层和地的4层电路板，有效地提高了系统地抗干扰能力。机箱采用全钢机构，可防止电磁干扰；采用带除尘过滤器的工业开关电源，具有足够地负载驱动能力。机箱内装有双风扇，正压对流排风，装有滤尘网用以防尘。软盘、硬盘驱动器安装采用橡皮缓冲防震。可内装电子盘以取代机械磁盘，使PC机在工业环境下的操作具有高速﹑高可靠性。

8（3）常用的工控机简介国外有美国IBM、ICS，德国西门子，奥地利贝加莱等，这些产品可靠性好、市场定位高。我国台湾地区是工控机的主要生产区，其品牌主要有研华、威达、艾讯、磐仪等厂家，其中，研华是世界三大工控厂商之一，在中国大陆及台湾市场均有较高的市场占有率。大陆也有很多工控机品牌，如研祥、华控、康拓、东田、华北、和集特等。

98.1.2基于PC总线的板卡基于PC总线的板卡是指计算机厂商为了满足用户需要，利用总线模板化结构设计的通用功能模板。按照板卡处理信号的不同可以分为：模拟量输入板卡（A/D卡）、模拟量输出板卡（D/A卡）、开关量输入板卡、开关量输出板卡、脉冲量输入板卡、多功能板卡等。现在较为流行的板卡大都是基于PCI总线设计的。下面以研华PCI系列板卡为例介绍不同种类的典型板卡的性能和特点。

10（1）模拟量输入板卡（A/D卡）模拟量输入板卡完成模拟量到数字量的转换。基于PC总线的A/D板卡是基于PC系列总线，如ISA、PCI等总线标准设计的。板卡通常有单端输入和差分输入以及两种方式组合输入三种。板卡内部通常设置一定的采样缓冲器，对采样数据进行缓冲处理。板卡通常采取光电隔离技术，实现信号的隔离和抗干扰。板卡的模拟信号采集精度和速度指标通常由板卡所采用的A/D转换芯片决定。

11研华PCI-1710数据采集卡，如图8.2所示。有32路单端或16路差分模拟量输入或组合方式输入等三种输入方式。采用12位A/D转换器，采样数率可达100kHz。板载4K采样FIFO缓冲器。有DC2500V隔离保护。图8.2研华PCI-1713数据采集卡（1）模拟量输入板卡（A/D卡）

12（2）模拟量输出板卡（D/A卡）模拟量输出板卡完成数字量到模拟量的转换，D/A转换板卡同样依据其采用的D/A转换芯片的不同，其转换性能指标有很大的差别。D/A转换除了具有分辨率、转换精度等性能指标外，还有建立时间、温度系数等指标约束。还需要考虑输出形式以及负载能力。

13研华PCI-1720模拟量输出卡，如图8.3所示。PCI-1720提供了四个12位数字量到模拟量输出。由于能够在输出和PCI