计算机联锁系统的基本原理本PPT课件

①I/O接口的寻址 I/O接口的编址方式：包括存储器映射方式和
隔离式编址方式（I/O编址方式）。 I/O接口的地址译码：译码电路的构成形式通
常有固定式端口地址译码和开关可选式地 址译码两种。
②常用的I/O接口
输入输出通道
• 非安全接口是不涉及行车安全数据的接口， 均可采用通用的标准接口。 • 对传输安全数据的串行接口电路来说，可采 用编码理论中的差错控制技术发现数据错误，所 以可采用标准通用接口。 • 输安全数据的并行接口电路，不能简单地用 通用标准接口，须采用故障—安全输入输出接口。
表示信息
操作信息
联锁处理机
状态信息
控制命令
输入输出接口
室内
– ⑤现场信号设备
室外
• 分散式控制结构的特点是将联锁系统的功能 按结构层次划分成若干相对独立又有一定联 系的功能模块，均由相应的计算机来处理。 由于功能模块的划分并非唯一，所以具体结 构形式是多种多样的
控制台 监视控制机
联锁机 目标控制器
• （3）现场总线
• 根据国际电工委员会IEC标准和现场总线基 金会FF的定义：现场总线是连接智能现场设 备和自动化系统的数字式、双向串行传输、 多分枝结构的通信网络。 • 目前较流行的现场总线主要有：CAN、 PROFIBUS、Lonworks、HART、FF。计算机联 锁系统使用比较多的是 CAN控制器局域网络。 •
第二章 计算机联锁系统的基本原理
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第一节 计算机联锁系统硬件
一、计算机联锁系统的技术基础 典型的计算机联锁系统硬件组成如图所示。
继电器结合电路
主机
外部设备
总线
总线
过程输 入/输 出通道
现场监控对象
计算机联锁系统硬件组成
• 1、工业控制计算机
• 工业控制计算机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算 机，它包括硬件和软件两部分。
• 2、总线
• 总线是一组公用信号线的集合，它定义了各引线的信号、电气、机械 特性，把计算机或计算机联锁系统中的各个模板以及各种设备连接成一个 整体，以便彼此之间进行信息交换。
• 计算机联锁系统中的总线，一般根据其功能和规模分类。一般分为 三类，即内部总线、外部总线和现场总线。
• （1）内部（系统）总线
下面主要介绍开关量输入/输出通道和故障—安全输入输出接口。 (2)开关量输入通道 开关量输入通道的作用：一是将二值开关量信息变换成寄存器能够接收的 TTL两种电平；二是抗干扰，以保证输入信号的正确性。 ① 开关量输入通道的结构
主要由输入缓冲器、输入电路、地址译码器等组成。
内
来
部
输入
输入
自
总
缓冲器
电路
系统的层次结构
系统的冗余结构
第二节 计算机联锁系统硬件
一、计算机联锁系统的体系结构
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• 集中式控制与分散式控制结构
• 集中式控制系统由室内、室外两部分构成， 特点是联锁系统的各层功能均由一台计算
机完成
– ①控制台 – ②联锁处理机 – ③输入输出接口 – ④电源设备
控制台
•
• 内部总线（I-BUS）又称“系统总线” 是 通用微型计算机和测控系统用计算机内部所特 有的总线。计算机的内部总线一般都是并行总 线，系统总线是各种模板进行信息传送的通路， 把测控计算机系统的各种模板插件连接起来， 构成完整的计算机测控系统。
• 常用的内部总线有STD总线、VME总线、ISA 总线、PCI总线、等均是系统总线。
生
线
产
过
程 地址译码器
开关量输入通道结构
（3）开关量输出通道
联锁计算机输出的开关量是用来控制执行继电器、表示灯或音响报 警装置的。
开关量输出通道的主要功能：一是提高驱动能力；二是实现了计算 机与外部设备之间的电气隔离。
① 开关量输出通道的结构
开关量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、口地址译码器 等组成，如图所示。
• （2）外部总线
• 外部总线（E-BUS）又称“通信总线”， 它是计算机系统之间或是计算机系统与其他 系统（仪器、仪表、控制装置）之间信息传 输的通路，常借用其他领域已有的总线标准。 计算机的外部总线通常分为并行总线和串行 总线两种。
• 例如：IEEE－488总线为并行总线，RS －232总线、RS-422总线、RS-485总线为 串行总线。并行总线的优点是信号线各自独 立，每次同时传送一个数据字节，所以传输 速度高，接口简单；缺点是电缆线数多，适
• 3、过程输入/输出通道
• 计算机联锁系统为了实现对生产过程的 控制，需要将生产过程中的各种必要信号 及时地检测传送、并转换成计算机能够接 受的数据形式。计算机对送入数据进行适 当的分析处理后，又以生产过程能够接受 的信号形式实现对生产过程的控制。这种 完成在过程信号与计算机数据之间变换传 递的装置叫过程输入/输出通道。
• （1）工业控制计算机的硬件组成
•
工业控制计算机的硬件组成结构如图7－2所示，它主要由主
机板、内部总线和外部总线、人－机接口、系统支持板、磁盘系统、
通信接口和过程输入/输出通道等组成。
（2）工业控制计算机的特点
可靠性和可维护性好 高抗干扰能力 环境适应性强 完善的输入、输出通道 控制的实时性 通用性和可扩充性好 具有通信与联网能力 适当的计算机精度和运算速度
内
去
部
输出
输出
生
总Biblioteka Baidu
锁存器
驱动器
产
线
过
程
地址译码器
二、计算机联锁系统的硬件结构
以工业控制机算机为核心构成的计算机联锁 系统，由于其控制规模的大小不同，功能的完善 程度不同，技术实现方法，经济因素以及研制的 技术背景和历史背景的不同，景观在具体结构上 存在着一定的差异，但大体上可从层次结构和冗 余结构两个侧面来描述。
• （1）通用I/O接口原理
• 在计算机联锁系统中，外部通道是不能直接与中 央处理单元（CPU）相连的，因为它们的速度、 数据格式不一定相同，信号形式也不一定匹配。 为了便于两者交换信息，往往需要一套连接CPU 和外部通道的中间环节，即接口电路（简称接 口）。
• 接口是计算机联锁系统各通道中多个设备协调一 致地运行的保证，它具有电平变换、数据转换、 缓冲和状态信息提供等功能，所以接口是通道建 立的基础。
与其他系 统联系
分散式控制结构
• ①监视控制机（上位机）－信息管理计算机，人机会话功能，还 用于实时记录信息及其再现，另外还有诊断功能；