典型微型计算机控制系统的实例,微机原理与接口技术第8章微型计算机应用系统设计案例...

微机原理与接口技术第8章微型计算机应用系统设计案例

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第8章　微型计算机应用系统设计案例 第8章　微型计算机应用系统设计案例 8.1　微型计算机应用系统设计 8.2　PCI总线、USB总线接口设计 8.3　Windows驱动程序设计第8章　微型计算机应用系统设计案例 学习目标   本章通过工程应用实例介绍几种典型微型计算机应用系统及 其软硬件设计的一般方法。通过学习，要求读者了解常用的 微型计算机应用系统，熟悉其硬件设计方法和软件编程思路。    学习重点   (1) 常用微型计算机应用系统的类型，典型系统的一般设计 方法。 (2) ?USB总线接口设计及驱动程序编制方法。第8章　微型计算机应用系统设计案例 　 8.1　微型计算机应用系统设计 8.1.1　概述 　　在工业生产上用到的计算机应用系统，其具体组成、硬 件部件和软件系统，都因使用的目的、对功能的要求和投资 的多少而各不相同。现就系统功能、使用目的介绍几种常见 的典型计算机应用系统。 　　1. 数据采集和数据处理系统 　　数据采集和数据处理系统结构如图8-1所示。严格地说， 这种系统不由计算机控制，因为计算机并不直接参与控制。 这种系统的主要作用如下：第8章　微型计算机应用系统设计案例 图8-1　数据采集和数据处理系统结构第8章　微型计算机应用系统设计案例 　　(1) 生产过程的集中监视。计算机对生产过程(被控对象) 的不同变量参数进行巡回检测，并将采集到的数据以一定格 式在监视器上显示或通过打印机打印出来，实现对生产过程 的集中监视。 　　(2) 操作指导。计算机对采集到的数据进行分析处理， 并给出对生产过程控制的建议，由过程的操纵者依给定的建 议实现对过程的控制。第8章　微型计算机应用系统设计案例 　　2. 直接数字控制系统 　　直接数字控制(DDC)系统结构如图8-2所示。计算机通过 输入通道对被控对象进行实时数据采集，并按控制规律进行 实时决策，产生控制指令，再通过输出通道，对被控对象实 现直接控制。由于这种系统中的计算机直接参与生产过程的 控制，所以要求实时性好、可靠性高并且环境适应性强。第8章　微型计算机应用系统设计案例 图8-2　直接数字控制系统结构第8章　微型计算机应用系统设计案例 　　3. 监督计算机控制系统 　　监督计算机控制(SCC)系统结构如图8-3所示。该系统是 二级计算机控制系统。其中直接数字控制完成生产过程的直 接控制；监督计算机根据生产过程工况和已知数学模型进行 优化分析，将生产的最优设定值作为直接数字控制的指令信 号，由直接数字控制系统执行。监督计算机由于承担上一级 控制与管理任务，要求其数据处理功能要强，存储容量要大 等。第8章　微型计算机应用系统设计案例 图8-3　监督计算机控制系统结构第8章　微型计算机应用系统设计案例 　　4. 分散型控制系统 　　随着工业生产过程规模的扩大和综合管理与控制要求的 提高，人们开始应用以多台计算机为基础的分散型控制系统 (DCS)，如图8-4所示。该系统采用分散控制原理、集中操作、 分级管理与控制和综合协调的设计原则，把系统从上而下分 成生产管理级、控制管理级和过程控制级等，形成分布式控 制。各级之间通过数据传输总线及网络相互连接起来。系统 中的过程控制级完成过程的检测任务。控制管理级通过协调 过程控制器工作，实现生产过程的动态优化。生产管理级完 成制定生产计划和工艺流程以及对产品、人员、财务管理实 现静态优化。第8章　微型计算机应用系统设计案例 　　随着企业生产规模的逐步扩大，对生产过程自动化各项 指标的要求越来越高，系统向着更加复杂、更加高级的方向 发展，但同时对其工作可靠性的保证有着更高的要求。 　　自微型计算机出现后，因其体积减小、成本大幅度下降、 可靠性不断提高而改变了以往只使用由一个CPU组成的装置 实现对多个回路自动控制的概念。人们通过实践发现，生产 过程中的每一个局部使用各自独立的带CPU的控制单元来完 成其自动控制作用，其控制功能会得到加强，工作更加可靠， 维修更加方便，性能价格比会显著提高，这就是分散型控制 系统的设计思想。这一设计思想已被越来越多的人所接受。第8章　微型计算机应用系统设计案例 图8-4　分散型控制系统第8章　微型计算机应用系统设计案例 　　分散型控制系统虽然能完成生产过程中各个局部的控制 作用，但是各单元之间并无直接的联系，于是人们又使用一 台档次较高的上位计算机对各分散的下位控制单元进行统一 的管理。上位机根据接收到各下位控制单元送来的数据，经 过分析和处理后对下位控制单元进行监督控制，实现对整个 生产过程控制的协调和优化。上位机必要时还可以对生产过 程进行编制计划，对原材料及能源的调度、成本核算、库存 管理、打印统计报表等进行管理。第8章　微型计算机应用系统设计案例 8.1.2　微型计算机应用系统设计举例 　　1. 企业数据采集与网络管理系统 　　现在中小型企业的生产设备中，多数设备的电气控制和监控 繁琐，不能有效地对工作现场的控制设备进行精确的操作，而且 大多数设备之间独立工作，不能形成一个完整、有效的管理体系。 各设备的操作结果必须由操作人员单独向有关负责人汇报或集中 汇总后再上交给企业决策管理部门，其手续繁杂、效率低下，不 能及时准确地将生产情况反馈到管理部门，这是一种陈旧的管理 模式。采用“企业数据采集与网络管理系统”可以彻底改变这种 效率低下的生产方式，提升和促进企业生产效率及竞争力水平， 这也是现代企业管理的发展方向。这个系统对目前使用的各种生 产设备进行信息化改造，对所有生产数据进行处理并发送到网上， 做到了无纸化作业，保证了生产数据的科学性和可靠性，并实现 了数据共享。第8章　微型计算机应用系统设计案例 　　1) 生产设备的分布情况 　　假设该企业所管理的设备分布在五个车间，系统对五个 车间的重要加工设备和试验台加装了下述数据采集与通信装 置，其生产设备分布示意图如图8-5所示。第8章　微型计算机应用系统设计案例 图8-5　设备分布示意图第8章　微型计算机应用系统设计案例 　　2) 数据采集与网络管理系统设计 　　(1) 系统总体构成。本系统是一个基于网络通信(包括以 太网络通信和RS-485总线网络通信)的设备数据采集和监控 系统，主要由服务器、以太网络、上位机监控系统、RS-485 总线网络、设备数据采集及通信系统和系统管理对象组成。 该系统是集网络通信技术、单片机技术、数据库技术和高级 编程语言程序设计于一体的综合工程，这些技术相互联系， 相互交叉。整个系统的结构见图8-6。第8章　微型计算机应用系统设计案例 图8-6　系统构成网络图第8章　微型计算机应用系统设计案例 　　(2) 车间级网络。每个车间设一台设备监控计算机，用 于管理本车间各台设备。每台设备配置一台数据采集装置。 图8-7是一个车间内的设备通信总线连接及设备数据采集装 置图。 图8-7　车间一级设备网的组成第8章　微型计算机应用系统设计案例 　　(3) 设备数据采集系统。每台设备数据采集子系统包括 CPU控制电路、薄膜键盘控制、隔离数据采集电路(根据信 号类型和路数设计，有隔离模拟量、开关量、脉冲量、数字 量、单总线数字网络等各种形式)、隔离开关电源、LCD汉 字图形显示器、通信网络接口等，如图8-8所示。第8章　微型计算机应用系统设计案例 图8-8　设备数据处理子系统第8章　微型计算机应用系统设计案例 　　3) 系统的优点 　　本系统能够继续利用企业各种现有设备，通过加装数据 采集接口、汉字图形显示器和网络通信接口，改造传统设备， 实现车间生产设备数字化；可以对生产工作进行准确的检测 和数据处理，并把检测数据及时送监控计算机，存入数据库， 进行统计、打印和归档；可以为保证生产质量提供可靠依据， 为企业加强科学管理、提高经济效益、减少物料和工时浪费、 提高检修效率提供科学手段和工具。第8章　微型计算机应用系统设计案例 　　2. 自动化仓储系统 　　自动化仓储系统包含了以下几个方面的含义： 　　(1) 自动化仓储系统包括多层货架、运输设备以及计算 机控制和通信系统。 　　(2) 自动化仓储系统以高层立体货架为标志，以成套先 进的搬运设备为基础，以先进的计算机控制技术为主要手段， 高效率地利用仓储空间，节约时间和人力进行货物出入库作 业。 　　(3) 自动化仓储系统的设计和规划是集物流监控技术、 计算机应用技术、通信技术、设备及货位优化管理技术等于 一体的综合工程项目。第8章　微型计算机应用系统设计案例 图8-9　自动化仓储系统的网络构成图第8章　微型计算机应用系统设计案例 　　现场操作人员可以利用触摸屏设备方便地进行参数设置 和在线修改，实现演示和管理功能。 　　(1) 检测装置。为了实现对自动化仓储系统中各种作业 设备的控制，并保证系统安全可靠地运行，自动仓储系统必 须具有多种检测装置。检测装置连接到I/O模块，通过对检 测数据的判断、处理，为系统决策提供最佳依据，使系统处 于理想的工作状态。 　　(2) 信息识别。信息识别的作用在于完成对货物名称、 类别、货号、数量、等级、目的地、生产厂的识别。在自动 化仓储系统中，通常采用条形码、磁条、光学字符和射频等 识别技术。其中条形码识别技术应用最为普遍。本系统中计 算机管理信息系统通过对货物在进出仓库时的信息识别对货 物进行管理。第8章　微型计算机应用系统设计案例 　　(3) 控制装置。控制装置是自动化仓储系统运行成功的 关键。为了实现自动运转，自动化仓储系统中所有的存取设 备和输送设备本身必须配备各种控制装置。这些控制装置种 类较多，从普通开关、继电器，到微处理器、单片机和可编 程控制器(PLC)，根据各自的设定功能完成一定的控制任务。 　　(4) 监控及调度。监控系统是自动化仓储系统的信息枢 纽。自动化仓储系统许多设备的运行都需要由监控系统统一 调度，通过监控系统的监视画面可以直观地看到各设备的运 行情况。本系统中管理级上位机配置PROFIBUS通信卡 CP5611，PROFIBUS-DP网络。应用Visual Basic高级语言编制 监控程序，将现场情况以形象直观的图形界面显示给控制室 操作人员，完成实时管理控制功能。第8章　微型计算机应用系统设计案例 　　(5) 计算机管理。计算机管理系统完成对整个仓储系统 的账目管理和作业管理，并负责与上级系统的通信和企业信 息管理系统的部分任务。本系统利用Microsoft SQL 2000对 仓储系统的数据进行账目管理。 　　(6) 数据通信。自动化仓储系统是一个复杂的自动化系 统，它是由众多的子系统组成的。为了完成规定的任务，各 关 键 词： 微机原理与接口技术第8章微型计算机应用系统设计案例 ppt、pptx格式 免费阅读 下载 天天文库

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