第01章 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概述(1.1-1.5)

微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)

1.1

計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史第1章計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

1.2

計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理1.3

微型計(jì)算機(jī)的基本概念1.5計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示和編碼1.4

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史1．第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)

1946年2月，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)誕生了世界上第一臺(tái)數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)：“埃尼阿克”（ENIAC，即ElectronicNumericalIntegratorandCalculator，電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)）。重量30噸，占地170平方米，每小時(shí)耗電150千瓦，價(jià)值約40萬(wàn)美元。采用18000只電子管，70000個(gè)電阻，10000支電容，研制時(shí)間近三年，運(yùn)算速度為每秒5000次加減法運(yùn)算。

ENIAC的不足：運(yùn)算速度慢、存儲(chǔ)容量小、全部指令沒有存放在存儲(chǔ)器中、機(jī)器操作復(fù)雜、穩(wěn)定性差。2．馮·諾依曼結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)

1946年6月，美籍匈牙利科學(xué)家馮·諾依曼（JohnVonNeumann）提出了“存儲(chǔ)程序”的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)方案。其特點(diǎn)是：采用二進(jìn)制數(shù)形式表示數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)指令。指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器中，能自動(dòng)依次執(zhí)行指令。由控制器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備5大部分組成計(jì)算機(jī)硬件。工作原理的核心是“存儲(chǔ)程序”和“程序控制”。按照這一原理設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)稱為馮·諾依曼型計(jì)算機(jī)。馮·諾依曼提出的體系結(jié)構(gòu)奠定了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)理論的基礎(chǔ)，被譽(yù)為計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的里程碑。

中國(guó)推出的超級(jí)計(jì)算機(jī)“星云”(Nebulae)高居亞軍寶座。,計(jì)算速度為每秒鐘1.27千萬(wàn)億次(PFlops)浮點(diǎn)運(yùn)算天河-1A即每秒可進(jìn)行2.5千萬(wàn)億次運(yùn)算3．按邏輯部件化分的計(jì)算機(jī)發(fā)展階段按電子部件的演變經(jīng)歷了四代：（1）第一代（1946年~1958年）：電子管計(jì)算機(jī)特點(diǎn)：體積大、耗電多、運(yùn)算速度慢，存儲(chǔ)容量小。（2）第二代（1959年~1964年）：晶體管計(jì)算機(jī)

特點(diǎn)：體積減小，重量輕、省電、壽命長(zhǎng)、可靠性提高，運(yùn)算速度可達(dá)每秒百萬(wàn)次。（3）第三代（1965年~1970年）：中小規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)特點(diǎn)：存儲(chǔ)容量1~4兆字節(jié)。運(yùn)算速度每秒幾百萬(wàn)至千萬(wàn)次，可靠性有較大提高，體積進(jìn)一步縮小，成本進(jìn)一步降低，出現(xiàn)了向大型化和小型化發(fā)展的趨勢(shì)。

（4）第四代（1971年-）：大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)大規(guī)模集成電路使計(jì)算機(jī)發(fā)生了巨大的變化，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的集成度越來越高。Intel公司推出了微處理器，誕生了微型計(jì)算機(jī)，使計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)容量、運(yùn)算速度、可靠性、性能價(jià)格比等方面都比上一代計(jì)算機(jī)有較大突破。4．計(jì)算機(jī)分類（1）計(jì)算機(jī)按體積、性能和價(jià)格分類巨型機(jī)、大型機(jī)、中型機(jī)、小型機(jī)和微型計(jì)算機(jī)（2）按照CPU的字長(zhǎng)來分類有4位、8位、16位、32位、64位微型計(jì)算機(jī)等。（3）按照微型計(jì)算機(jī)的分布形態(tài)來分類可分成位片式、單片式、多片式。（4）按照微處理器的制造工藝來分類可分成MOS型、雙極型。（5）按照微型計(jì)算機(jī)的利用形態(tài)來分類有單片機(jī)、單板機(jī)、多板機(jī)。5.微型計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)

通常，微型計(jì)算機(jī)具備以下特點(diǎn)：體積小、重量輕、耗電省可靠性高價(jià)格低結(jié)構(gòu)靈活、適應(yīng)性強(qiáng)應(yīng)用面廣研制周期短、見效快維護(hù)方便6.微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用

（1）辦公自動(dòng)化：（2）生產(chǎn)自動(dòng)化：（3）數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用：（4）網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：（5）人工智能：（6）計(jì)算機(jī)仿真：（7）遠(yuǎn)程教育：專家系統(tǒng)和機(jī)器人。

1.2運(yùn)算基礎(chǔ)1.2.1進(jìn)位計(jì)數(shù)制1.常用進(jìn)位計(jì)數(shù)制2.書寫規(guī)則3.數(shù)制之間的轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制--------按“權(quán)”展開十進(jìn)制轉(zhuǎn)化二進(jìn)制-------除（乘）2取余（整）法二-十進(jìn)制轉(zhuǎn)化------1.2運(yùn)算基礎(chǔ)1.2.2二進(jìn)制編碼1.BCD碼2.字母與字符的編碼----ASCII3.漢字的編碼---國(guó)標(biāo)碼/區(qū)位碼/GB18030-20001.2運(yùn)算基礎(chǔ)1.2.3帶符號(hào)數(shù)表示原碼、反碼、補(bǔ)碼1.2.4數(shù)的定點(diǎn)和浮點(diǎn)表示（1）辦公自動(dòng)化：簡(jiǎn)稱為OA（OfficeAutomation）。它是計(jì)算機(jī)、通信與自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，也是當(dāng)前最為廣泛的一類應(yīng)用。（2）生產(chǎn)自動(dòng)化：包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等，它們是計(jì)算機(jī)在現(xiàn)代生產(chǎn)領(lǐng)域特別是制造業(yè)中的典型應(yīng)用，不僅提高了自動(dòng)化水平，而且使傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)發(fā)生了革命性的變化。

（3）數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用：數(shù)據(jù)庫(kù)是在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備中按照某種關(guān)聯(lián)方式存放的一批數(shù)據(jù)。借助數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)DBMS，可對(duì)其中的數(shù)據(jù)實(shí)施控制、管理和使用。（4）網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就是利用通信設(shè)備和線路等與不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互連起來，并在網(wǎng)絡(luò)軟件支持下實(shí)現(xiàn)資源共享和傳遞信息。通常有局域網(wǎng)（LAN）、廣域網(wǎng)（WAN）、城市網(wǎng)（CAN）和因特網(wǎng)（Internet）。（5）人工智能：人工智能研究方向中最具有代表性的兩個(gè)領(lǐng)域是專家系統(tǒng)和機(jī)器人。（6）計(jì)算機(jī)仿真：計(jì)算機(jī)仿真是使用仿真軟件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行必要的模擬試驗(yàn)，從而大大減少投資、避免風(fēng)險(xiǎn)。（7）遠(yuǎn)程教育：遠(yuǎn)程教育是建立在互聯(lián)網(wǎng)上的一種教學(xué)環(huán)境。它以現(xiàn)代化的信息技術(shù)為手段，以適合遠(yuǎn)程傳輸和交互式學(xué)習(xí)的教學(xué)資源為教材構(gòu)成開放式教育網(wǎng)絡(luò)。1.3計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

1.3.1計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)各部分的主要功能：（1）輸入設(shè)備：用于輸入原始信息和處理信息的程序。如鍵盤、鼠標(biāo)器和掃描儀等。（2）輸出設(shè)備：用來輸出計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果及程序清單。如顯示器和打印機(jī)。（3）存儲(chǔ)器：用來存放程序和數(shù)據(jù)。在控制器的控制下，可與輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、運(yùn)算器、控制器交換信息，是計(jì)算機(jī)中各種信息存儲(chǔ)和交流的中心。（4）運(yùn)算器：用來對(duì)信息及數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和計(jì)算。也稱為算術(shù)邏輯部件ALU（ArithmeticandLogicUnit）。（5）控制器：是整個(gè)計(jì)算機(jī)的指揮中心，用來指揮計(jì)算機(jī)各部件的操作，使其協(xié)調(diào)一致地工作。計(jì)算機(jī)中的兩類信息：一類是采用雙線表示的數(shù)據(jù)信息流，它包括原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、計(jì)算結(jié)果和程序中的指令；另一類是采用單線表示的控制信息流，它是控制器發(fā)出的各種操作命令。各部分的主要功能：（1）輸入設(shè)備：用于輸入原始信息和處理信息的程序。如鍵盤、鼠標(biāo)器和掃描儀等。（2）輸出設(shè)備：用來輸出計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果及程序清單。如顯示器和打印機(jī)。（3）存儲(chǔ)器：用來存放程序和數(shù)據(jù)。在控制器的控制下，可與輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、運(yùn)算器、控制器交換信息，是計(jì)算機(jī)中各種信息存儲(chǔ)和交流的中心。（4）運(yùn)算器：用來對(duì)信息及數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和計(jì)算。也稱為算術(shù)邏輯部件ALU（ArithmeticandLogicUnit）。（5）控制器：是整個(gè)計(jì)算機(jī)的指揮中心，用來指揮計(jì)算機(jī)各部件的操作，使其協(xié)調(diào)一致地工作。計(jì)算機(jī)中的兩類信息：一類是采用雙線表示的數(shù)據(jù)信息流，它包括原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、計(jì)算結(jié)果和程序中的指令；另一類是采用單線表示的控制信息流，它是控制器發(fā)出的各種操作命令。1.3.2計(jì)算機(jī)的工作原理

1．存儲(chǔ)程序原理

把事先編制好的由計(jì)算機(jī)指令組成的程序存放到存儲(chǔ)器內(nèi)，計(jì)算機(jī)在運(yùn)算時(shí)依次取出指令，根據(jù)指令的功能進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，這就是存儲(chǔ)程序原理。2．程序的自動(dòng)執(zhí)行

程序在執(zhí)行前先裝入內(nèi)存儲(chǔ)器，CPU負(fù)責(zé)從內(nèi)存中逐條取出指令，分析識(shí)別指令，最后執(zhí)行指令，從而完成一條指令的執(zhí)行周期。程序的執(zhí)行流程：取指令—分析指令—執(zhí)行指令。

1.4微型計(jì)算機(jī)的基本概念

1.3.1微處理器、微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的概念微處理器（Microprocessor）一個(gè)大規(guī)模集成電路芯片內(nèi)含控制器、運(yùn)算器和寄存器等微機(jī)中的核心芯片微型計(jì)算機(jī)（Microcomputer）

以大規(guī)模、超大規(guī)模構(gòu)成的微處理器作為核心，配以存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口電路及系統(tǒng)總路線所制造出的計(jì)算機(jī)。通常指微型計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)還有一般的說法：微機(jī)、電腦、微型機(jī)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（Microcomputersystem）指由硬件和軟件共同組成的完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)區(qū)別3個(gè)概念運(yùn)算器

控制器寄存器組

內(nèi)存儲(chǔ)器總線輸入輸出接口電路外部設(shè)備軟件微處理器微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.4.2微型計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)介紹

位：這是計(jì)算機(jī)中所表示的最基本、最小的數(shù)據(jù)單元。字長(zhǎng)：是計(jì)算機(jī)在交換、加工和存放信息時(shí)的最基本的長(zhǎng)度。字節(jié)（Byte）：是計(jì)算機(jī)中通用的基本單元，由8個(gè)二進(jìn)制位組成。字：是計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的基本單位。主頻：也稱時(shí)鐘頻率，是指計(jì)算機(jī)中時(shí)鐘脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的頻率。存儲(chǔ)容量（訪存空間）：是該微處理器構(gòu)成的系統(tǒng)所能訪問的存儲(chǔ)單元數(shù)。存儲(chǔ)容量的表達(dá)比特b（二進(jìn)制1位）字節(jié)B（二進(jìn)制8位）1KB＝210B＝1024B1MB＝220B、1GB＝230B指令數(shù)：構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)的操作命令數(shù)。基本指令執(zhí)行時(shí)間：計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序所花的時(shí)間?？煽啃裕褐赣?jì)算機(jī)在規(guī)定時(shí)間和條件下正常工作不發(fā)生故障的概率。兼容性：指計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備和軟件程序可用于其他多種系統(tǒng)的性能。性能價(jià)格比：是衡量計(jì)算機(jī)產(chǎn)品優(yōu)劣的綜合性指標(biāo)。

1.5微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成

1.4.1微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成：

硬件微計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備微處理器內(nèi)存儲(chǔ)器I/O接口電路系統(tǒng)總線外部設(shè)備過程I/O通道軟件系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言應(yīng)用軟件：軟件包，數(shù)據(jù)庫(kù)機(jī)器語(yǔ)言匯編語(yǔ)言高級(jí)語(yǔ)言監(jiān)控程序操作系統(tǒng)編輯程序解釋程序編譯程序診斷程序硬件系統(tǒng)是由電子部件和機(jī)電裝置所組成的計(jì)算機(jī)物理實(shí)體。硬件的基本功能是接受計(jì)算機(jī)程序，并在程序的控制下完成數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理和輸出結(jié)果等任務(wù)。軟件系統(tǒng)是指為計(jì)算機(jī)運(yùn)行工作服務(wù)的全部技術(shù)資料和各種程序。軟件系統(tǒng)基本功能保證計(jì)算機(jī)硬件的功能得以充分發(fā)揮，并為用戶提供一個(gè)寬松的工作環(huán)境。計(jì)算機(jī)的硬件和軟件二者缺一不可，否則不能正常工作。微處理器CPU存儲(chǔ)器RAM接口電路時(shí)鐘外存I/O設(shè)備接口電路存儲(chǔ)器ROM數(shù)據(jù)總線（雙向）地址總線（單向）控制總線1.5.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

微處理器CPU存儲(chǔ)器RAM接口電路時(shí)鐘外存I/O設(shè)備接口電路存儲(chǔ)器ROM數(shù)據(jù)總線（雙向）地址總線（單向）控制總線各組成模塊及其功能：1．中央處理單元2．主存儲(chǔ)器3．系統(tǒng)總線4．輸入輸出接口電路5．外存儲(chǔ)器6．輸入/輸入設(shè)備7．主機(jī)板7．主機(jī)板

主機(jī)板也稱為系統(tǒng)主板或簡(jiǎn)稱主板。主機(jī)板上有CPU芯片、內(nèi)存槽、擴(kuò)展槽、各種跳線和一些輔助電路。

1.5.3微型計(jì)算機(jī)的軟件系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)軟件是指支持計(jì)算機(jī)運(yùn)行的各種程序，以及開發(fā)、使用和維護(hù)這些程序的各種技術(shù)資料的總稱。系統(tǒng)軟件的主要功能是簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)操作，充分發(fā)揮硬件功能，支持應(yīng)用軟件的運(yùn)行并提供服務(wù)。應(yīng)用軟件處于軟件系統(tǒng)的最外層，直接面向用戶，為用戶服務(wù)。應(yīng)用軟件是為了解決各類應(yīng)用問題而編寫的程序，包括用戶編寫的特定程序，以及商品化的應(yīng)用軟件和套裝軟件。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，是人機(jī)交流信息的一種特定語(yǔ)言。在編寫程序時(shí)用指定的符號(hào)來表達(dá)語(yǔ)義。

世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)ENIACIntel4004和采用4004的計(jì)算器Apple微型計(jì)算機(jī)Apple-IApple-IIIBMPC系列機(jī)8088CPUIBMPC機(jī)IBMPC/AT機(jī)IBMPC/XT機(jī)英特爾微處理器芯片80386PentiumPentium4微處理器CPU存儲(chǔ)器RAM接口電路時(shí)鐘外存I/O設(shè)備接口電路存儲(chǔ)器ROM數(shù)據(jù)總線（雙向）地址總線（單向）控制總線1．中央處理單元

中央處理單元CPU（ControlProcessingUnit）是微型計(jì)算機(jī)的核心部件，是包含有運(yùn)算器、控制器、寄存器組以及總線接口等部件的一塊大規(guī)模集成電路芯片，俗稱微處理器。微處理器CPU存儲(chǔ)器RAM接口電路時(shí)鐘外存I/O設(shè)備接口電路存儲(chǔ)器ROM數(shù)據(jù)總線（雙向）地址總線（單向）控制總線2．主存儲(chǔ)器

主存儲(chǔ)器是微型計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)程序、原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果和最終結(jié)果等各種信息的部件。按其功能和性能，可以分為：隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM（RandomAccessMemory）只讀存儲(chǔ)器ROM（ReadOnlyMemory）

微處理器CPU存儲(chǔ)器RAM接口電路時(shí)鐘外存I/O設(shè)備接口電路存儲(chǔ)器ROM數(shù)據(jù)總線（雙向）地址總線（單向）控制總線3．系統(tǒng)總線

系統(tǒng)總線是CPU與其他部件之間傳送數(shù)據(jù)、地址和控制信息的公共通道。根據(jù)傳送內(nèi)容可分成以下3種：數(shù)據(jù)總線DB（DataBus）：用于CPU與主存儲(chǔ)器、CPU與I/O接口之間傳送數(shù)據(jù)。地址總線AB（AddressBus）：用于CPU訪問主存儲(chǔ)器和外部設(shè)備時(shí)，傳送相關(guān)的地址?？刂瓶偩€CB（ControlBus）：用于傳送CPU對(duì)主存儲(chǔ)器和外部設(shè)備的控制信號(hào)。4．輸入輸出接口電路

輸入/輸出接口電路也稱為I/O（Input/Output）電路，即通常所說的適配器、適配卡或接口卡。它是微型計(jì)算機(jī)外部設(shè)備交換信息的橋梁。

I/O接口：連接外設(shè)備和系統(tǒng)總線，完成信號(hào)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)緩沖、與CPU進(jìn)行信號(hào)聯(lián)絡(luò)等工作。作用相當(dāng)于一個(gè)轉(zhuǎn)換器。顯示器卡：完成顯示器與總線的連接。聲卡：完成聲音的輸入/輸出。網(wǎng)卡：完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。鍵盤接口、打印機(jī)接口等。232接口：串行數(shù)據(jù)接口。USB接口：通用串行接口。微處理器CPU存儲(chǔ)器RAM接口電路時(shí)鐘外存I/O設(shè)備接口電路存儲(chǔ)器ROM數(shù)據(jù)總線（雙向）地址總線（單向）控制總線5．外存儲(chǔ)器

分為軟磁盤、硬磁盤、光盤存儲(chǔ)器。磁盤存儲(chǔ)器由磁盤、磁盤驅(qū)動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)器接口電路組成，統(tǒng)稱為磁盤機(jī)。光盤存儲(chǔ)器是由光盤、光盤驅(qū)動(dòng)器和接口電路組成。微處理器CPU存儲(chǔ)器RAM接口電路時(shí)鐘外存I/O設(shè)備接口電路存儲(chǔ)器ROM數(shù)據(jù)總線（雙向）地址總線（單向）控制總線6．輸入/輸入設(shè)備

計(jì)算機(jī)最常用的輸入設(shè)備是鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀、數(shù)碼相機(jī)。計(jì)算機(jī)最常用的輸出設(shè)備是顯示器和打印機(jī)。1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史1．第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)

1946年2月，美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)誕生了世界上第一臺(tái)數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)：“埃尼阿克”（ENIAC，即ElectronicNumericalIntegratorandCalculator，電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)）。重量30噸，占地170平方米，每小時(shí)耗電150千瓦，價(jià)值約40萬(wàn)美元。采用18000只電子管，70000個(gè)電阻，10000支電容，研制時(shí)間近三年，運(yùn)算速度為每秒5000次加減法運(yùn)算。

ENIAC的不足：運(yùn)算速度慢、存儲(chǔ)容量小、全部指令沒有存放在存儲(chǔ)器中、機(jī)器操作復(fù)雜、穩(wěn)定性差。采購(gòu)部服務(wù)器生產(chǎn)部企劃部其它部門數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器防火墻internet財(cái)務(wù)部水泥廠生料微機(jī)配料子系統(tǒng)圖中可見生料制備子系統(tǒng)中有4個(gè)子系統(tǒng)(未包括料位檢測(cè)系統(tǒng))。破碎及預(yù)均化，生料庫(kù)底配料系統(tǒng)，生料磨機(jī)，化驗(yàn)室。

1．破碎及原料預(yù)均化①采用I-7000系列數(shù)據(jù)智能模塊，該模塊的特點(diǎn)：高可靠工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，威達(dá)工控提供；可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制要求靈活選用；帶485通訊接口，255個(gè)模塊可聯(lián)接在一根通訊電纜上，適合中小企業(yè)設(shè)備布置較為分散的場(chǎng)合；價(jià)格低，使全廠過程控制的造價(jià)大幅度下降。②I一7000智能模塊采集了當(dāng)前破碎及相關(guān)設(shè)備狀態(tài)和相關(guān)參數(shù)，中控室可根據(jù)采集的狀態(tài)和數(shù)據(jù)決策啟、停設(shè)備，并可根據(jù)破碎，預(yù)均化系繞的工藝過程編制相應(yīng)的邏輯決策，使實(shí)現(xiàn)設(shè)備互鎖、聯(lián)鎖、延時(shí)、啟?？刂?，并監(jiān)控各臺(tái)設(shè)備電流等參數(shù)實(shí)現(xiàn)報(bào)警及優(yōu)化控制。③原料均化庫(kù)(大直徑落地圓庫(kù))，庫(kù)頂控制旋轉(zhuǎn)布料皮帶機(jī)，庫(kù)下有幾十個(gè)出料點(diǎn)，中控計(jì)算機(jī)按預(yù)設(shè)計(jì)的出料數(shù)學(xué)模型指揮相應(yīng)的智能模塊，控制各臺(tái)出料皮帶機(jī)最優(yōu)搭配出料，達(dá)到提高原料均化系數(shù)的目的。

2．生料庫(kù)底配料控制系統(tǒng)懸掛式皮帶失重秤或高精度改進(jìn)型仿申克調(diào)速秤(大流量時(shí))，配置TC-1高可靠工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要特點(diǎn)如下：①由TC-1系統(tǒng)提供的IFP前端智能處理器，采用了美國(guó)最新推出的模數(shù)混合采集集成塊，該技術(shù)無(wú)需外接分件，并自帶溫度傳感器，不僅提高了抗干擾能力，且排除了環(huán)境溫度變化對(duì)計(jì)量的影響。②由TC-1系統(tǒng)提供的OFP輸出智能處理器，把傳統(tǒng)的多路模擬可控硅觸及器，改進(jìn)為多路數(shù)字隔離相位觸發(fā)方式，簡(jiǎn)化了硬件觸發(fā)電路，提高了可靠性。③TC—l高可靠工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)采用了模塊化結(jié)構(gòu)，使該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了零維修，消除了用戶的后顧之憂。④TC-1系統(tǒng)軟件功能強(qiáng)，它可以在同一個(gè)配料系統(tǒng)中，混用16種不同類型的秤體，用戶只需鍵入該臺(tái)秤體類型，便可執(zhí)行相應(yīng)秤體的控制軟件，實(shí)現(xiàn)不同類型的秤體同時(shí)、同步工作。⑤TC一1系統(tǒng)通過485通訊接口及相應(yīng)通訊軟件模塊，直接與中控室聯(lián)接，中央機(jī)(工業(yè)PC)根據(jù)化驗(yàn)室傳送過來的信息，發(fā)送到TC一1配料系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)3個(gè)率值成分閉環(huán)控制，懸掛式皮帶失重秤出磨合格率可達(dá)到80％以上。

3．生料磨系統(tǒng)生料磨系統(tǒng)的自動(dòng)控制也采用1-7000智能數(shù)據(jù)模塊，該系統(tǒng)包括對(duì)磨機(jī)電機(jī)電流、油壓、溫度、負(fù)荷、風(fēng)壓、風(fēng)量等參數(shù)的測(cè)定及設(shè)備啟、停邏輯控制。在中控室對(duì)磨機(jī)各種參數(shù)的監(jiān)控使磨機(jī)能在最佳狀態(tài)下運(yùn)行。磨機(jī)電耳檢測(cè)信號(hào)由1-7000系列模塊送入中控室，中控室根據(jù)磨機(jī)負(fù)荷信息及時(shí)改變配料系統(tǒng)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量(即改變?nèi)肽チ髁?，消除飽磨和空磨現(xiàn)象，確保磨機(jī)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。

4．化驗(yàn)室

中小水泥企業(yè)大多使用鈣鐵分析儀，這種設(shè)備價(jià)格便宜，但只能分析CaO、Fe2O3，不能滿足快速分析其他化學(xué)成分，無(wú)法構(gòu)成有效的3個(gè)率值成分控制。因此，建議采用多元素成分分析儀，小型x光管為激發(fā)源的X熒光分析儀，適合立窯水泥廠。氧氮熱量測(cè)定儀可及時(shí)地測(cè)定生料粉的發(fā)熱量，調(diào)整煤的配比。通過工業(yè)PC對(duì)有關(guān)儀器檢測(cè)參數(shù)進(jìn)行分析，優(yōu)化計(jì)算后把結(jié)果送中控室完成成分閉環(huán)控制。開放式DCS系統(tǒng)采用485通訊方式，只需一條通訊電纜，即可聯(lián)接各個(gè)子系統(tǒng)，這種方式通訊速率高、分辨率高、光電隔離系統(tǒng)可靠性高，軟件開發(fā)比較容易。更重要的是可大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)聯(lián)接，提高了可靠性，降低了成本。采用廠級(jí)集散控制系統(tǒng)后，可減少很多工作崗位，生產(chǎn)工人數(shù)量可大幅度下降。主機(jī)設(shè)備在計(jì)算機(jī)監(jiān)控及管理下能自動(dòng)根據(jù)參數(shù)變化進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算和調(diào)節(jié)控制，使整個(gè)系統(tǒng)工作在最優(yōu)狀態(tài)。

SIWAREX稱重在山西新大鋼40噸轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用一、系統(tǒng)概述

轉(zhuǎn)爐自控系統(tǒng)為西門子可編程序控制器（PLC）和上位工業(yè)計(jì)算機(jī)構(gòu)成的兩級(jí)微機(jī)控制系統(tǒng)。同時(shí)在需要調(diào)速的轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)和氧槍系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)部分采用交流變頻器以取代直流調(diào)速系統(tǒng)?？刂品绞缴喜捎冒踩煽康娜乜刂疲床僮髋_(tái)、上位機(jī)、機(jī)旁操作箱，任一方出現(xiàn)故障時(shí)，不影響系統(tǒng)正常工作。PLC與計(jì)算機(jī)采用通訊模式，上位工業(yè)控制機(jī)裝WINCC人機(jī)接口軟件。通過各種參數(shù)曲線的描述及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的顯示和可操作性能，使系統(tǒng)更具備先進(jìn)自動(dòng)化水準(zhǔn)。同時(shí)在屏蔽隔離、濾波和糾錯(cuò)技術(shù)的前提下，保證系統(tǒng)運(yùn)行的最高可靠性能。

在轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)，氧槍精確定位及控制系統(tǒng)中采用我公司為轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)專門研制的專利產(chǎn)品DIS-V型轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)角度顯示儀和ZNLK智能主令控制器和YSX-Ⅲ型智能語(yǔ)音報(bào)警器。大大提高了轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化水準(zhǔn)和可靠性。

此自控系統(tǒng)將完整地實(shí)現(xiàn)爐體傾動(dòng)，氧槍升降與橫移，煙罩和擋火板的控制，散裝料、合金料裝配料控制，鋼包車及稀油站控制的煉鋼過程自動(dòng)化。同時(shí)車間采用五路攝像監(jiān)視系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車間的重要崗位進(jìn)行不間斷的監(jiān)視。

轉(zhuǎn)爐的儀表系統(tǒng)全部由傳感器進(jìn)入PLC自控系統(tǒng)中，使在計(jì)算機(jī)上對(duì)車間的所有儀表參數(shù)一覽無(wú)疑。經(jīng)我們精心設(shè)計(jì)同時(shí)綜合了多年從事轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化控制的經(jīng)驗(yàn)我們相信這個(gè)設(shè)計(jì)是一個(gè)簡(jiǎn)潔、可靠、性能價(jià)格比高的轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖：二、控制系統(tǒng)軟、硬件組成

控制系統(tǒng)核心部分是西門子PLCS7-300系統(tǒng)，稱重采用集成的稱重模塊，上位機(jī)用研華工業(yè)控制機(jī)，傾動(dòng)和氧槍采用交流變頻器，操作界面采用非常流行的WINCC人機(jī)接口軟件。

轉(zhuǎn)爐煉鋼控制系統(tǒng)硬件框圖：1、PLC系統(tǒng)

此煉鋼的主控制系統(tǒng)采用西門子S7系列的S7-300PLC。目前控制系統(tǒng)中稱量部分，我們采用了西門子稱重模塊，它集成在S7-300PLC系統(tǒng)中。電信號(hào)由現(xiàn)場(chǎng)3個(gè)傳感器（每個(gè)電子稱3個(gè)壓式荷重傳感器并聯(lián)，安裝在平面三角形的三個(gè)角）傳給稱重模塊，再經(jīng)稱重模塊計(jì)算后變?yōu)橹亓恐?，通過PLC總線直接傳送到CPU，然后在上位機(jī)上顯示出來。這種模式為目前工業(yè)稱重最先進(jìn)的系統(tǒng)，以傳感器的毫伏信號(hào)直接進(jìn)入PLC，免去了變送器和儀表等中間環(huán)節(jié)從而增強(qiáng)了系統(tǒng)抗干擾能力。校秤使用西門子提供的稱重組態(tài)軟件，通過計(jì)算機(jī)串行接口進(jìn)行校秤，過程簡(jiǎn)單、快捷，生產(chǎn)過程中如需校秤，可用控制系統(tǒng)程序由上位機(jī)下達(dá)指令，通過S7-300PLC直接進(jìn)行。

此稱重系統(tǒng)是我公司在多個(gè)冶金自動(dòng)化工程中應(yīng)用的實(shí)例，均得到了十分滿意的效果。

2、上位機(jī)系統(tǒng)

上位機(jī)采用研華IP610工業(yè)控制機(jī)，這是一種工業(yè)上簡(jiǎn)捷可靠的通訊方式。這種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是適應(yīng)于工業(yè)控制場(chǎng)合的專用計(jì)算機(jī)，可以24小時(shí)連續(xù)工作，抗干擾、抗灰塵、散熱、運(yùn)行速度等各方面優(yōu)于一般計(jì)算機(jī)。

由于此煉鋼工藝需要的畫面較多，因而我們采用兩臺(tái)工控機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，從而加快了數(shù)據(jù)傳輸速度，一臺(tái)顯示控制轉(zhuǎn)爐工作過程，一臺(tái)顯示儀表數(shù)據(jù)。兩臺(tái)計(jì)算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，同時(shí)達(dá)到了故障分散的目的，增加了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

3、系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)部分

爐體傾動(dòng)驅(qū)動(dòng)及氧槍提升驅(qū)動(dòng)，采用交流變頻器。交流變頻器取代直流調(diào)速設(shè)備在90年代末已廣泛采用。它在滿足生產(chǎn)工藝性能要求的前提下使系統(tǒng)造價(jià)大大降低，同時(shí)也帶來系統(tǒng)的簡(jiǎn)捷，維護(hù)方便，容易掌握，操作方便等諸多的優(yōu)點(diǎn)。所以，采用交流變頻取代直流驅(qū)動(dòng)是一個(gè)最優(yōu)的方案。

4、操作界面

上位機(jī)操作界面采用西門子專用人機(jī)接口軟件WINCC，因其功能強(qiáng)大、易于掌握、使用方便、可靠性好、操作簡(jiǎn)單而受到歡迎。所有操作皆可由鼠標(biāo)完成，可進(jìn)行參數(shù)顯示、修改、設(shè)定，可以方便制作出動(dòng)態(tài)工藝畫面，操作畫面，歷史曲線、實(shí)時(shí)曲線等功能完善的畫面。

對(duì)所有的工藝參數(shù)如：壓力、流量、溫度、重量等值在上位機(jī)上用實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、直方圖、參數(shù)表等方式顯示，并進(jìn)行報(bào)警、統(tǒng)計(jì)、打印報(bào)表等處理。同時(shí)在上位機(jī)可隨時(shí)設(shè)定溫度、流量等報(bào)警值。

所有設(shè)備的啟動(dòng)與停止均可在上位機(jī)上完成，同時(shí)也可根據(jù)實(shí)際情況，在操作臺(tái)上或在機(jī)旁操作箱上完成。但每次只能一方操作不能同時(shí)進(jìn)行。

每臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，可在工藝流程圖中動(dòng)態(tài)顯示，并可在狀態(tài)表中顯示其運(yùn)行、停止、故障、手動(dòng)、自動(dòng)等狀態(tài)?？梢杂檬髽?biāo)在計(jì)算機(jī)上手動(dòng)操作（根據(jù)工藝要求）每臺(tái)設(shè)備，使其運(yùn)行、停止。

實(shí)時(shí)的動(dòng)畫與實(shí)時(shí)曲線顯示生產(chǎn)過程，實(shí)時(shí)顯示鋼溫，水溫，水流量，液位等生產(chǎn)工藝參數(shù)。

5、智能語(yǔ)音報(bào)警器

智能語(yǔ)音報(bào)警器是我公司自主開發(fā)的一種高科技產(chǎn)品，除有燈光外還有語(yǔ)音輸出，不同報(bào)警有不同的語(yǔ)音內(nèi)容輸出，可隨時(shí)根據(jù)需要錄制、修改、報(bào)警內(nèi)容，聲音清晰、宏亮。

系統(tǒng)中的智能語(yǔ)音報(bào)警器，加強(qiáng)了系統(tǒng)報(bào)警能力，出現(xiàn)故障時(shí)，可用語(yǔ)音直接指出故障

四、主要完成的功能

主要完成散裝料、氧槍、轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)及儀表三大部分的自動(dòng)控制及稱量自動(dòng)補(bǔ)償。

1、散裝料部分：

①在上位機(jī)上可隨時(shí)根據(jù)煉鋼的要求設(shè)定各稱量斗的重量值，顯示其每次的稱量值、誤差值、班累積、總累積，自動(dòng)計(jì)算下次設(shè)定值，并作歷史曲線，交班時(shí)可對(duì)班累積清零，隨時(shí)打印報(bào)表。

②稱量過程，由于程序中有提前量設(shè)定，且有自動(dòng)誤差補(bǔ)償功能，系統(tǒng)將會(huì)根據(jù)每次需振料的重量與上次的誤差與提前量等各參數(shù)自動(dòng)算出下次所需振料的重量，從而準(zhǔn)確的停止振料機(jī)。實(shí)現(xiàn)對(duì)石灰、礦石、合金的自動(dòng)精確稱量，每批料間都進(jìn)行