計算機控制技術ppt第7章

1、1 1第7章 工業(yè)控制微型計算機u71 工業(yè)控制計算機的特點工業(yè)控制計算機的特點u7.2 總線式工控機的組成結總線式工控機的組成結 u7.3 常用工控總線常用工控總線(STDVMEPC工控機工控機)u7.4 IPC的主要外部結構形式的主要外部結構形式2 2工業(yè)控制微型計算機簡稱工業(yè)控制計算機或工控機，它基于商用微型計算機或個人電腦，采用了總線式結構、工業(yè)標準機箱和工業(yè)級元器件等諸多滿足工業(yè)控制需求的實用技術。工業(yè)控制微機系統(tǒng)則由工業(yè)控制微機、工業(yè)過程通道和工業(yè)控制軟件構成。在我國，曾經使用或正在使用的工業(yè)控制微機有MC6800系列、MC68000系列(VME工控機系列)、STD系列和IPC系列

2、等。IPC系列工控機具有和個人電腦(PC)同樣豐富的硬/軟件資源和PC用戶資源，是當今主流的工控機。3 3工業(yè)控制計算機的特點包括：（1）適應工業(yè)環(huán)境，抗干擾能力強，可靠性高。工業(yè)環(huán)境條件惡劣，情況復雜，存在著高溫、高濕、震動、粉塵等情況，電磁干擾源多且復雜，這些都會給控制系統(tǒng)造成極大的危害。工業(yè)生產要求所使用的系統(tǒng)可靠性高，否則會造成巨大的損失。因此，工控機必須具有良好的抗干擾能力和很高的可靠性。7.1 工業(yè)控制計算機的特點工業(yè)控制計算機的特點4 4（2）模塊化板卡結構。工控機充分利用了PC的硬件和操作環(huán)境，采用了模塊化的硬件板卡結構。如取消了PC中的母板，將原來的大母板上的總線插槽部分分成

3、了通用的底板總線插座系統(tǒng)和PC插卡式主板，如各種無源底板和多種CPU卡。把各種工業(yè)控制功能都做成各種硬件板卡，如開關量I/O卡、模擬量I/O卡、計數器/定時器卡、通信板卡、數據采集卡、信號調理卡等基本模板，利用這些板卡就可以很方便地組成各種規(guī)模的控制系統(tǒng)。目前，工業(yè)控制計算機的廠商已開發(fā)出上千種的專業(yè)化板卡。5 5這些板卡結構緊湊，現場功能豐富，使用方便，用戶可以利用廠商提供的板卡，方便地組成自己需要的控制系統(tǒng)硬件，還可以利用廠商提供的驅動程序，開發(fā)滿足自己需要的控制程序，這就大大縮短了控制系統(tǒng)硬件的開發(fā)周期。（3）各種工控機機箱。為了適應工業(yè)現場的安裝要求，工控機機箱有各種尺寸的立式、臥式、

4、壁掛式機箱可供選擇。機箱采用全鋼密封結構，采取了很多措施以適應工業(yè)環(huán)境，具有防電磁干擾能力；還采用內部正壓送風，具有良好的散熱和防塵效果。機箱內還配備了抗干擾、具有自動保護功能的工業(yè)電源。6 6（4）豐富的工業(yè)應用軟件。為了實現工業(yè)控制，有許多專業(yè)軟件公司開發(fā)了很多工業(yè)控制軟件，這些軟件由專業(yè)人員開發(fā)并經過實際運行考驗，可靠性高，用戶可以直接根據自己的需要進行選用。為了使控制效果更直觀生動，這些控制軟件都采用了組態(tài)技術和多媒體技術。用戶也可以利用廠商提供的驅動程序，開發(fā)滿足自己需要的控制程序。7 7（5）應用廣泛。近年來，工控機又推出了嵌入式單板計算機，有3.5in(1in25.4 mm)和5

5、in兩種規(guī)格。3.5in的規(guī)格是146 mm102 mm，5in的規(guī)格是203 mm146 mm。嵌入式單板計算機集成了CPU、CRT/LCD控制、10/100 Mbit/s網絡接口、電子盤接口、串行口、并行口、USB、鍵盤和鼠標等接口。嵌入式單板計算機以其超小的體積、超強的功能，可廣泛應用于信息家電、儀器儀表、智能產品等各種嵌入式領域。8 8工控機系統(tǒng)由工控機系統(tǒng)硬件和工控機系統(tǒng)軟件兩部分組成。工控機系統(tǒng)硬件由工控機和執(zhí)行機構、測量環(huán)節(jié)(傳感器)組成。工控機由工業(yè)微機(如WC)和工業(yè)過程通道組成。圖71是總線式工控機系統(tǒng)的硬件結構圖。工業(yè)控制微機和商用微機的組成原理十分相似。工控機系統(tǒng)硬件在

6、工業(yè)控制微機的基礎上增加了過程通道板卡，以實現工業(yè)過程信號的輸入和輸出。7.2 總線式工控機的組成結構總線式工控機的組成結構9 9圖7-1 總線式工控機系統(tǒng)的硬件結構10 10主機板和其他各板卡之間又是怎樣連接和實現信息傳輸的呢?它們是通過總線實現互連和數據信息的傳輸和交換功能的。所謂總線，就是指板卡(模塊)與板卡(模塊)之間或者設備與設備之間傳送信息的一組公用共享信號線。過程通道包括輸入通道和輸出通道兩部分。輸入通道可以將現場的過程信號經過變換或調理后輸入到計算機，輸出通道可以將計算機輸出的控制信號經過變換或調理后輸出給執(zhí)行機構。11 11總線式工控機系統(tǒng)的優(yōu)勢在于，一個完整的硬件系統(tǒng)可以從

7、一個OEM廠家購買到，也可以從不同的OEM廠家購買不同的部分，然后自己集成，以適應特定的性能和功能需求。構成總線式工控機系統(tǒng)的硬件都是模塊化的，便于維護和升級擴充，也便于用戶開發(fā)自己所需要的功能板卡。12 127.3.1 STD總線工控機總線工控機STD工控機基于STD總線，該總線由PRO-LOG公司于1978年推出，其正式標準為IEEE961。8位STD工控機支持絕大多數的8位微處理器。16位STD工控機基于采用總線周期竊取和復用技術改進后的16位STD總線。32位STD工控機只是作為一種技術推出過，其產品還未真正進入市場，就已被迫退出市場。7.3 常用工控總線常用工控總線(STDVMEIP

8、C工控機工控機)13 13我國于20世紀80年代中后期引入STD工控機技術，國內曾經有數十個STD工控機廠家。20世紀90年代初期是STD工控機發(fā)展的鼎盛時期，也是STD和IPC工控機的共同繁榮時期。 STD工控機曾為我國工業(yè)自動化改造做出過重要貢獻，但由于STD工控機本身的技術局限性和IPC工控機市場的不斷擴大，STD工控機于20世紀90年代末基本上退出了工控領域。14 147.3.2 MC6800MC68000工控機工控機1.MC6800系列工控機系列工控機我國于20世紀70年代末期和80年代初期引進MC6800系列工控機及其過程通道。MC6800工控機系統(tǒng)在20世紀80年代初期得到應用。

9、MC6800工控機是8位微機，隨著計算機技術的發(fā)展，該系列工控機于20世紀90年代初期已基本上退出工控領域。15 152.MC68000系列工控機系列工控機MC68000系列工控機采用的是VME總線，通常又稱為VME工控機。VME工控機主要提供了MC68000系列CPU的主機、外設和過程通道。VME工控機的主機系統(tǒng)都是32位的微機，相應的微處理器主要有MC68000、MC68010、MC68020、MC68040等。我國于20世紀80年代末期引進了VME工控機，并實現了部分主機板卡和過程板卡的國產化。VME工控機采用的VME總線是當今工業(yè)界最好的微機數字總線之一，只是由于推出VME工控機的Mo

10、torola公司工作重心的轉移和工控機的PC化潮流，16 16導致了VME工控機逐漸退出工控領域，但是，VME工控機所采用的規(guī)范和體系結構，逐步被高檔次IPC采用，這就充分說明VME工控機作為技術本身是比較優(yōu)秀的。17 177.3.3 IPC總線工控機總線工控機工業(yè)個人計算機簡稱IPC(IndustrialPersonalComputer)，它和IBMPC保持了硬件和軟件上的兼容。IPC擁有豐富的硬件資源、軟件資源和PC用戶資源，使得IPC成為工控機的主流。由IPC組成的各類工業(yè)控制微機系統(tǒng)在我國的各行各業(yè)得到了廣泛的應用，因此提高了我國的生產自動化水平。從PC到今天的IPC，有一個相對長的發(fā)

11、展歷程。在發(fā)展期間，眾多IPC商家克服了PC無法直接應用于工業(yè)控制領域的諸多缺陷，主要表現在以下各方面：18 18(1)采用總線式結構取代PC的大母板結構，便于維修和維護。(2)采用工業(yè)級元器件進行板卡設計。(3)采用全鋼結構工業(yè)標準臺式機箱或插箱式機箱，箱體密封，并設有一大一小兩個風扇，以形成機箱內的正壓，防止粉塵進入。(4)開發(fā)和設計了適用于工業(yè)控制的系列過程板卡。(5)主板增設了看門狗、RS-485通信口等工業(yè)控制所必需的功能。19 19總之，在標準的工業(yè)總線基礎上發(fā)展起來的IPC不僅克服了PC的一些弱點，而且充分發(fā)揮了PC軟/硬件產品的資源優(yōu)勢，使它在工業(yè)控制領域中牢牢地占據了應有的地

12、位。如今，它不僅能出色地完成工廠企業(yè)中的數據采集、過程控制、能源管理、質量控制、機電一體化等一般化的任務，而且在大型控制系統(tǒng)中也大顯身手，促使傳統(tǒng)分散型控制系統(tǒng)的體系結構發(fā)生了深刻的變化。在新一代DCS系統(tǒng)的體系結構中普遍采用了IPC作為系統(tǒng)的操作站和系統(tǒng)內的節(jié)點機，并由此組合成大型系統(tǒng)。2020如Honeywell公司的TPS(TotalPlantSolution)系統(tǒng)采用了IPC作為GUS(GlobalUserStation)操作站，其操作系統(tǒng)為WindowsNTWorkstation；YOKOGAWA公司的CENTUMCSl000也采用了IPC作為操作站和WindowsNT作為操作系統(tǒng)。

13、大型控制系統(tǒng)公司采用IPC技術后，不斷降低DCS系統(tǒng)的成本，而且促使DCS向標準化和PC化方向發(fā)展，同時也推動了IPC向縱深發(fā)展。即將進入市場的FCS也將采用IPC作為操作站，因此IPC的前景十分看好。21 21美國的CONTROLENGINEERING早在20世紀80年代末就曾經指出：“20世紀90年代是IPC的時代，全世界15的工業(yè)計算機使用的是IPC，并繼續(xù)以每年21的速度增長?！笔畮啄陙淼氖聦嵶C明這種評論和預測是正確的。IPC的技術進步，一方面取決于技術本身的進步，另一方面則取決于市場的需求。進入21世紀后，隨著計算機技術的發(fā)展以及自動化技術的普及和推廣，IPC的性能進一步增強并逼近商

14、用PC的發(fā)展速度。隨著標準化工控組態(tài)軟件的不斷推出和完善、現場總線標準的統(tǒng)一和現場總線產品正式進入市場，IPC將以全新的角色發(fā)揮更大的作用。2222工業(yè)PC簡稱IPC，是用得最廣泛的一種工業(yè)微機，也是工控機系統(tǒng)的核心組成部分之一。目前，市場上的IPC多種多樣，主要包括臺式IPC、盤裝式IPC、插箱式IPC、IPC工作站及嵌入式IPC。不同類型的IPC，其性能、價格和適用場合是不同的。7.4 IPC的主要外部結構形式的主要外部結構形式23237.4.1 臺式臺式IPC臺式IPC的結構如圖7-2所示，其主要特點如下：(1)類似于臺式個人電腦的結構，但機箱為19英寸工業(yè)標準的全鋼結構。(2)機箱不帶

15、顯示器，需外接CRT或液晶顯示器。(3)總線型結構，主板和ISAPCI總線型底板分離，底板一般有多個PCMCIA、ISA、PCI插槽。(4)機箱內安裝的吹風機的容量大于抽風機的容量，機箱內為正壓，且風口有過濾網，避免粉塵進入機箱。2424(5)使用工業(yè)級電源。(6)電源開關配有保護倉，防止沒有授權的人員開關電源。鍵盤設置有硬件鎖，可防止外人進行操作。2525圖7-2 臺式IPC的外觀結構26267.4.2 盤裝式盤裝式IPC盤裝式IPC的結構如圖7-3所示，其主要特點如下：(1)內部是全鋼結構，外殼是防火塑料。(2)質量輕、體積小，可以直接安裝在控制屏上。(3)采用TFT型LCD顯示器，和主機

16、構成一體化結構。(4)使用觸摸屏作為信息輸入工具。(5)完善的接口功能，配有串口、并口、USB接口，還配有少量PCMCIA、ISA、PCI插槽。(6)集成網卡功能。2727圖7-3 盤裝式IPC的外觀結構28287.4.3 IPC工作站工作站IPC工作站的結構如圖7-4所示，其主要特點如下：(1)全鋼盤裝式結構(尺寸為19英寸)，可以安裝在控制屏或機柜上。(2)主機箱、TFTLCD顯示屏和觸摸屏做成一體化結構。(3)面板上嵌有專用鍵盤。(4)內部結構和功能與臺式IPC完全類似。2929圖7-4 IPC工作站的外觀結構30307.4.4 插箱式插箱式IPC插箱式IPC有ISA總線和PCI總線兩種

17、類型。基于不同的總線，其底板、總線、板卡的尺寸各不相同。兩種插箱式IPC的板卡在結構上不能互換。圖7-5所示為基于ISA總線的插箱式IPC(如研華公司推出的MIC-2000系列IPC)及其板卡。31 31圖7-5 基于ISA總線的插箱式IPC及其板卡3232基于ISA總線的插箱式IPC的主要特點如下：(1)采用19英寸標準插箱式機箱，全鋼結構。(2)機箱上下側都有風機(抽風、吹風各一)，機箱內為正壓，空氣對流暢通。(3)811槽無源ISA總線底板。(4)模塊化設計，便于維護，縮短MITR。(5)現場信號直接進入前面板的接線端子。(6)板卡前面板上下兩端都有把手，容易插拔。3333圖7-6 基于

18、PCI總線的插箱式IPC及其板卡3434基于PCI總線的插箱式IPC的主要特點如下：(1)采用19英寸標準插箱式機箱，全鋼結構。(2)機箱上下側都安裝有風機，一個抽風，一個吹風，機箱內為正壓，空氣對流暢通。(3)8槽CompactPCI總線底板，可以擴展。(4)板卡的機械規(guī)范符合IEEE1101.11101.10標準，類似VME規(guī)范。(5)使用氣密式連接器(針座式)，接觸效果好，符合IEC-1076國際標準。35357.4.5 嵌入式嵌入式IPC在眾多嵌入式IPC中，較有代表性的當數PC104嵌入式IPC(尺寸為96mm90mm)、3.5英寸嵌入式IPC(尺寸為146mm102mm)和5.25

19、英寸嵌入式IPC(尺寸為203mm146mm)。圖7-7（a)和(b)分別表示PC104和3.5英寸嵌入式IPC的外形結構。嵌入式IPC不用插板滑道和總線底板，模塊之間采用層疊式封裝。PC104與ISA的電氣規(guī)范兼容，廠商能用與臺式PC機同樣的ISA芯片和外設芯片系列開發(fā)出各類PC104產品。3636目前，絕大多數的工業(yè)標準總線產品都在以不同的方式向嵌入式PC技術靠攏。有的廠家采用總線轉換技術，推出了非ISA總線的產品，也有的廠家推出了基于VME總線規(guī)范的嵌入式PC。3737圖7-7 嵌入式IPC(a)PC/104嵌入式IPC；(b)3.5英寸嵌入式IPC38387.5.1 工業(yè)控制計算機的組

20、成工業(yè)控制計算機的組成(1)加固型工業(yè)機箱。由于工控機應用于較惡劣的工業(yè)現場環(huán)境，因此對機箱采取了一系列的加固措施，以達到防震、防沖擊的效果。機箱一般都采用全鋼結構，具有良好的電磁屏蔽能力。7.5 IPC總線工控機內部典總線工控機內部典型構成形式型構成形式3939工控機的機箱為了達到防塵目的，采用了全密封方式，還采用了進風量大于排風量的正壓送風方式，使工業(yè)環(huán)境的灰塵不能進入機內，保證了工控機的清潔運行，提高了運行的可靠性。機箱內一般安裝有多個風扇，通風散熱性能良好。工控機的機箱有臥式、壁掛式之分，機箱的外形如圖7-8所示。機箱的高度一般按U(1U1.75in)計算。在實際選用時，可根據工業(yè)現場

21、選擇合適的機箱。4040圖7-8 工控機機箱(a)外形；(b)內部結構41 41(2)工業(yè)電源。工控機的電源要求具有防浪涌沖擊、過壓/過流保護功能，抗干擾能力強。工控機的電源有多種型號可供選擇。為了適應工業(yè)現場電壓波動大的特點，工控機電源都具有比較寬的調整范圍，輸出電壓、電流的偏差也比較小，平均無故障時間(MTBF)長，一般為610萬小時。 (3)無源底板。無源底板是用來安裝各種板卡的基板，采用4層PCB板，帶有電源層和接地層，用以抗干擾和減少阻抗。板上有用于電源指示的LED，分別指示不同的電壓，根據LED的亮或暗就能反映電壓的正常與否。4242圖7-9 14槽的無源底板4343無源底板上有多

22、個總線插槽，可安裝ISA、EISA、PCI總線的各種板卡。無源底板上的插槽數最多可以達到20個。一個14槽的無源底板如圖79所示，其尺寸為315 mm260 mm。工控機的機箱、電源、無源底板必須配套使用，即機箱、電源、無源底板的結構尺寸必須按照機箱的結構尺寸來進行選擇。這方面的內容可參考工控機廠商的產品選型目錄。4444(4)主機板(CPU卡)。CPU卡是工控機的核心部件，目前有80486、80586、PentiumCeleron系列等各類CPU板卡。板上所有元件性能都達到了工業(yè)級標準，并且是一體化主板。板上有CPU插座和各種接口插座，如顯示器接口、串行通信接口、軟盤驅動器接口、硬盤接口、網

23、絡接口等，板上還有內存條插槽等。CPU卡有全長卡和半長卡之分，全長卡的外形尺寸是338 mm122 mm，半長卡的外形尺寸是185 mm122 mm。圖7-10是一個全長CPU卡。4545圖7-10 全長CPU卡4646下面給出一個全長CPU卡的技術參數：400 MHz系統(tǒng)總線，Socket478Pentium4CPU；Intel845芯片組，兩條200266DDRDIMM插槽；AGP1X2X4X帶2D、3D圖形加速控制器，32MB獨立顯存；一個10 Mb/s或100Mbs以太網控制器，RJ-45接口；兩個ATA66100接口，四個USB接口；支持ATATX電源。4747(5)外部存儲器。外存

24、儲器有軟盤驅動器、硬盤和CD-ROM，可根據需要配置。(6)顯示器。顯示器有普通顯示器和液晶顯示器(LCD)，其尺寸和分辨率可根據需要選擇。(7)鍵盤。一般采用101標準鍵盤或觸摸式功能鍵盤。(8)鼠標。有機械式或光電式之分。(9)打印機。有針式打印機、噴墨打印機和激光打印機，用于數據報表、工藝流程畫面等的打印。48487.5.2 工業(yè)控制計算機系統(tǒng)的組成工業(yè)控制計算機系統(tǒng)的組成(1)工控機主機：包括機箱、電源、無源底板、CPU卡、顯示器、磁盤驅動器、鍵盤、鼠標等。(2)輸入接口板卡：包括模擬量輸入、開關量輸入板卡等。(3)輸出接口板卡：包括模擬量輸出板卡、開關量輸出板卡等。(4)通信接口模塊

25、：包括串行通信接口模塊(RS-232、RS-422、RS-485等)、網絡通信模塊(如以太網模塊、光纖模塊、無線調制解調器模塊等)等。4949(5)信號調理模塊：完成對工業(yè)現場各種輸入信號的預處理，對輸入/輸出信號進行隔離、驅動，還能完成信號的轉換等。(6)遠程數據采集模塊：可以直接安裝在工業(yè)現場，能夠通過多通道IO模塊進行數據采集和過程監(jiān)控，可以將現場信號通過現場總線與工控機進行通信。(7)工控軟件包：支持數據采集、監(jiān)視、控制、報警、畫面顯示、通信等功能。目前大部分控制軟件以Windows操作系統(tǒng)為平臺，也有以實時多任務操作系統(tǒng)為平臺的，可根據實際需要選擇。5050圖7-11 工業(yè)控制計算機

26、系統(tǒng)組成框圖51 517.6.1 IPC總線工業(yè)控制計算機的概念總線工業(yè)控制計算機的概念1.總線總線計算機總線是CPU與計算機其他部分進行信息傳遞的公共通道，通常傳遞三種信號：地址、數據和控制信號。工控機早期使用的總線是STD總線，目前常用的總線有ISA總線、EISA總線、PCI總線等。7.6 IPC總線工業(yè)控制計算機常用總線工業(yè)控制計算機常用板卡介紹板卡介紹52522.總線指標總線指標(1)總線寬度?？偩€寬度是指總線一次操作可以傳輸的數據位數。STD總線的總線寬度是8位，ISA總線的總線寬度是16位，PCI總線的總線寬度是32位或64位。(2)總線頻率。總線頻率是指總線工作時的最高時鐘頻率。

27、時鐘頻率越高，單位時間內可傳送的數據量越大。ISA總線的頻率都為8.33MHz，PCI總線的頻率為33.3MHz或66MHz。(3)總線數據傳輸率。它表示單位時間內傳送數據量的大小(數據傳輸率總線寬度的字節(jié)數總線頻率，單位是MBs)。53533.ISA總線總線ISA(Industrial Standard Architecture)總線是IBM公司1984年推出的系統(tǒng)總線標準，它同時具有8位和16位擴展槽結構，1993年后在很多地方被PCI總線取代。54544.PCI總線總線PCI(Peripheral Component Interconnect，外圍部件互連)總線以其64位處理能力和即插即

28、用的特性，取得了在新型微機系統(tǒng)中的應用地位，是目前微機系統(tǒng)常用的總線。它有兩種數據寬度：32位和64位，總線頻率最高可達66MHz，數據處理能力在32位時是264MBs，64位時是528MBs，非常適合在高速計算機和高速數據通信中應用。目前工業(yè)控制計算機中ISA總線、PCI總線都在被使用，但以PCI總線為主，用戶可根據實際需要選擇。55557.6.2 工業(yè)控制計算機工業(yè)控制計算機IO接口信號板卡接口信號板卡IO接口是計算機與外界交換信息的橋梁，通過IO接口，完成外部信息的輸入和計算機控制功能。1.接口信號的分類接口信號的分類工業(yè)控制需要處理和控制的信號可分為模擬量、數字量和開關量。（1)模擬量

29、信號。模擬量是指在時間和數值上連續(xù)的量。在工業(yè)現場，溫度、流量、壓力、位移等都是模擬量，而這些非電量的模擬量需要經過傳感器轉換成電量，經過放大、線性化補償等處理，5656得到模擬電壓或電流，再經過AD轉換成數字量，送入IPC處理，IPC根據事先確定的控制策略進行計算，并把輸出結果經DA轉換成模擬量信號，去控制執(zhí)行機構(如電動機、電磁閥等)。（2)開關量信號。開關量是指具有兩個狀態(tài)的量，每個開關量可以用一位二進制數表示(“1”或“0”)。開關量信號有信號電平幅值和開關時變化的頻率兩個特征。開關信號通常有繼電器觸點信號、TTL電平等。為了讓計算機有效識別開關信號，必須對開關信號進行調理(變換)，包

30、括將非TTL電平轉換成TTL電平和隔離等。輸出的開關信號則需要根據控制對象加隔離電路、驅動電路等。5757（3)數字量信號。數字量是指用多位二進制形式表示的數或用ASCII碼表示的字符。對數字量信號的處理方法與開關量類似，其區(qū)別是數字量是多位二進制而開關量是一位二進制。58582.IO接口信號板卡接口信號板卡工控機的接口板卡一般由三部分組成：PC總線接口部分、板卡功能實現部分和信號調理部分。模擬量板卡功能實現部分主要包括信號的采樣、隔離、放大、AD和DA電路及接口控制邏輯。開關量板卡功能實現部分主要包括數據的輸入緩沖和輸出鎖存以及隔離電路等。它們的PC總線接口部分是相同的?，F在工控機生產廠商已

31、把模擬量、數字量的控制功能集成在一塊板卡上，這就是數據采集控制卡。59591)數據采集控制卡數據采集控制卡一般完成以下一個或多個功能：模擬量輸入、模擬量輸出、數字量輸入、數字量輸出及計數定時功能。此類板卡有各種型號和類型，用戶可根據需要選擇。6060圖7-12 PCI-17101710HG結構圖61 61PCI-17101710HG是研華科技公司生產的一款基于PCI總線的多功能數據采集卡，如圖7-12所示。它包含五種最常用的測量和控制功能：12位AD轉換、DA轉換、數字量輸入、數字量輸出及計數器定時器功能。卡上有一個自動通道增益掃描電路，該電路能代替軟件，控制采樣期間多路開關的切換?？ㄉ系腟R

32、AM存儲了每個通道不同的增益值及配置，可以讓不同的通道使用不同的增益，并自由組合單端和差分輸入來完成多通道的高速采樣(采樣速率可達100kHz)。6262卡上還有一個4KB的FIFO(先進先出)存儲器，能存儲4KB的AD采樣值。當FIFO滿時，板卡會產生一個中斷。該特性提供了連續(xù)高速的數據傳輸及Windows下更可靠的性能。卡上還提供了可編程的計數器定時器，可以為AD變換提供觸發(fā)脈沖和用作脈沖觸發(fā)的定時器。為了降低模擬信號線上的噪聲，還專門為PCI-17101710HG設計了屏蔽電纜PCL10168，該電纜采用雙絞線，并且模擬信號線和數字信號線是分開屏蔽的，這樣能使信號間的交叉干擾降到最小。6

33、363圖7-13 PCI-1713結構圖6464PCI-17101710HG的特點如下：16路單端或8路差分模擬量輸入，或組合輸入方式；12位AD轉換器，采樣速率可達100kHz；每個輸入通道的增益可編程；單端或差分輸入自由組合；卡上有容量為4KB的采樣FIFO緩沖器；2路12位模擬量輸出；16路數字量輸入及16路數字量輸出；可編程計數器定時器。65652)模擬量輸入/輸出板卡(1)PCI-1713(32路隔離模擬量輸入卡)。PCI-1713是一款PCI總線的隔離高速模擬量輸入卡，如圖7-13所示。它提供了32個模擬量輸入通道，采樣頻率可達100 kHz，12位分辨率及2500V直流隔離保護。

34、PCI-1713有一個自動通道增益掃描電路。在采樣時，該電路可以自己完成對多路選通開關的控制?？ㄉ系腟RAM存儲了每個通道不同的增益值及配置。這種設計可以對不同的通道使用不同的增益，并采用單端和差分輸入的不同組合方式來完成多通道采樣。6666此卡具有高速數據采集功能。對于AD轉換，此卡支持三種觸發(fā)模式：軟件觸發(fā)、內部定時器觸發(fā)和外部觸發(fā)。軟件觸發(fā)允許用戶在需要的時候可以獲得一個采樣值；內部定時器觸發(fā)用于連續(xù)、高速的數據采集；外部觸發(fā)允許與外部設備進行同步采樣。6767PCI-1713的特點如下：2500V直流隔離保護；32路單端或16路差分模擬量輸入，或組合輸入方式；12位AD轉換器，采樣速率

35、可達100 kHz；每個輸入通道的增益可編程；卡上有4KB采樣FIFO緩沖器；支持軟件、內部定時器觸發(fā)或外部觸發(fā)。PCI-1713主要應用在信號隔離、工業(yè)過程監(jiān)測和控制、變送器傳感器接口、多路直流電壓測量等方面。6868圖7-14 PCI-1720結構圖6969(2)PCI-1720(4路隔離DA輸出卡)。PCI-1720是一款PCI總線的4路12位隔離數字量模擬量的輸出卡，如圖7-14所示。它能夠在輸出和PCI總線之間提供2500V直流隔離保護，非常適合需要有高電壓保護的工業(yè)現場。用戶可以單獨將四個通道的輸出設為不同的范圍：05V、010V、5V、10V、020mA或420mA。該板卡還使用

36、了PCI控制器來完成卡與PCI總線的接口，使其具有即插即用功能。7070PCI-1720的特點如下：4路12位DA輸出；多種輸出范圍；PCI總線和輸出之間有2500V直流隔離；系統(tǒng)重啟動后保持輸出設置和輸出值；便于接線DB-37接口。PCI-1720主要應用在過程控制、可編程電壓源、可編程電流環(huán)、伺服控制等方面。71 713)數字量輸入/輸出板卡在工業(yè)現場，除了模擬量信號以外，還有大量的開關量信號。開關量信號的電氣接口形式較多，如繼電器觸點信號和開關信號、TTL電平或非TTL電平等。對某些開關量輸出信號，還需要大功率驅動器來實現對工業(yè)設備的驅動控制。為了方便用戶，工控機廠商生產了多種規(guī)格和信號

37、的數字量輸入/輸出板卡，既有輸入/輸出功能在一塊板卡上，也有輸入/輸出功能分別做成單獨的板卡。用戶可根據實際需要進行選擇。下面僅介紹具有輸入/輸出功能的板卡。7272PCI-1750是一款PCI總線的半長卡，如圖7-15所示。它能提供16個數字量輸入通道，16個隔離數字量輸出通道及一個帶輸入信號的隔離計數器定時器。由于帶有2500V直流隔離保護及支持干接點，因此非常適合需要高電壓保護的工業(yè)應用場所。PCI-1750的每個IO通道對應PCIO端口的每一位，使得編程非常方便。該卡還提供了一個計數器或定時器中斷，以及兩個數字量輸入中斷，用戶可以方便地用軟件對它們進行配置。7373圖7-15 PCI-1750結構圖7474PCI-1750的特點如下：16路隔離DI和16路隔離DO通道；所有隔離通道均可以承受2500V高電壓；隔離輸出通道可以承受200mA通道的匯電流；支持干接點輸入或550V直流隔離輸入；具有定時器計數器中斷處理功能。PCI-1750主要應用在工業(yè)開關控制、觸點閉合監(jiān)控、開關狀態(tài)檢測、BCD接口、數字量IO控制、工業(yè)和實驗室自動化等方面。75754)信號調理模塊在工業(yè)現場，有各種各樣的輸入/輸出信號，它們是不能直接