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计算机控制技术 第8章 典型计算机控制系统简介 第8章 典型计算机控制系统简介 基于PC总线的板卡与工控机组成的计算机控制系统； 基于数字调节器的计算机控制系统； 基于PLC的计算机控制系统； 基于嵌入式系统的计算机控制系统； 分散控制系统； 现场总线控制系统; 计算机集成制造系统。 8.1基于PC总线的板卡与工控机组成的计算机控制系统 该类系统是一种非常典型的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。 该类系统具有组成灵活，成本低等特点，广泛应用于工业生产的各个领域。是目前在工业上用得比较多的一类系统。 8.1.1 PC总线的工业控制机简介 工业个人计算机Industrial Personal Computer（简称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，它可以作为一个工业控制器在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MAC-150工控机，随后美国IBM公司正式推出工业个人计算机IBM7532。由于IPC的性能可靠、软件丰富、价格低廉，而在工控机中异军突起，后来居上，应用日趋广泛。 工控机示意图 西门子工控机 1. 工业PC的结构 工业控制机的典型结构如图8.1所示，主要有以下几部分组成。 CPU板 无源底板 2. 工业PC的特点(1) 专门为工业工程控制现场设计的工业PC机有以下特点： ①支持各种模块化CPU卡和所有的IBM-PC/XT/AT总线接口板。 ②所有卡采用高度集成芯片，以减少故障率，并均为模块化﹑插板式，以便安装﹑更换和升级换代。所有的卡使用专用的固定架将插板压紧，防止震动引起的接触不良。 ③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。 2. 工业PC的特点(2) ④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。无源底板带有4，6，8，12，14或20槽。 ⑤机箱采用全钢机构，可防止电磁干扰；采用150W-350W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，并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，并有防尘门。 ⑥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。 3. 常用的工业控制机简介 当前国内外工控机型号很多，下面简要介绍主要常用的工控机： 工控机的生产厂家很多，国外有美国IBM、ICS 、德国西门子、日本康泰克等，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、大众、博文等厂家，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。 国内也有很多工控机品牌，如研祥、华控、康拓、艾雷斯、北京华北等。 8.1.2 基于PC总线的板卡简介 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。 基于PC总线的板卡种类很多，其分类方法也有很多种。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，其中多功能板卡可以集成多个功能，。下面以研华PCI系列测控板卡为例介绍一下不同种类的典型板卡的性能和特点。 1. 模拟量输入板卡（A/D卡） 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，缓冲器的大小也是板卡的性能指标之一。在抗干扰方面，A/D板卡通常采取光电隔离技术，实现信号的隔离。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。 例如研华PCI-1710数据采集卡，如图8.2所示。该板卡具有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，它带有 2500 VDC 隔离保护；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；每个输入通道的增益可编程。 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。模拟量输出板卡通常还要考虑输出形式以及负载能力。 例如研华PCI-1720模拟量输出卡，如图8.3所示。PCI-1720 提供了四个用于