智能I／O接口

出处：按学科分类—工业技术 北京出版社《现代综合机械设计手册下》第2991页（2565字）

为满足PC更加复杂的控制功能的需要，PC机配有许多智能I／O接口。智能I／O接口模板不同于一般的I／O接口，它带有自身的微处理器、存储器、系统程序。智能接口模板通过系统总线与CPU模板相连，并可在CPU模板协调管理下独立工作，从而可提高处理速度，又便于用户程序的编制。智能I／O接口模板包括带有PID调节的模拟量控制模板、高速计数模板、ASCII输出模板、BASIC模板、数字位置控制模板、伺服编码模板和中断控制模板等。使用智能I／O接口，不仅可使可编程序控制器用于顺序控制，还可用于闭环控制等一些复杂的控制功能。

2．5．1 高速计数模板

高速计数模板用以监视和控制过程变量，如位置、速度、流量等物理参量。否则，PC就不能正确记录脉冲宽度小于PC扫描周期的快速脉冲个数。图8．6－16所示为GE系列六可编程序控制器的高速计数器模板结构。图中CPU为模板本身的微处理器：存储单元包括模板本身的系统软件存储区和用户程序存储区，有四个独立的计数器，中间寄存器有12个预置寄存器(其中四个用于控制回路实时响应输出，其余八个用于可编程序控制器CPU的顺序控制)，输入回路带光电隔离器，输出回路采用集电极开路的晶体管输出。其工作过程是：高速计数器模板中的预置寄存器由可编程序控制器的CPU为其置初值，计数器在外来高速信号作用下计数，并在模板内的微处理器控制下，不断对累加计数值与预置值进行比较，用户可设定比较范围，将比较结果等状态信息经模板输出回路送给PC机的CPU，再由CPU发出预定的控制信号，完成预定的控制过程。高速计数模板与PC机CPU的信息交换，是通过32个输入点和32个输出点进行的。CPU将预置数据和命令传送给高速计数模板，高速计数模板将模板状态、输出状态、累加计数等返回给PC机CPU。每一PC机的每一个扫描周期，均进行相互信息的交换。由于高速计数模板的功能均是对高速变化的信号进行计数，所以各种高速计数模板的结构相同，都由微处理器、高速计数器、内存单元和控制单元组成，而且模板内每一路计数器的输入信号种类和范围都相同。不同之处只是具体的参数，主要是计数器数目、最高输入脉冲的频率和计数范围等。三种高速计数模板的主要参数列于表8．6－5。

图8．6－16 GE系列六PC的高速计数模板结构框图

表8．6－5 三种高速计数模板主要参数的比较

2，5．2 ASCIJ／BASIC模板

GES 6PC的ASCII／BASIC模板，由带有微处理器8085及其支持电路组成，其功能如图8．6－17所示。其中配置有串行I／O端口PORT1和PORT2，以便与外部设备通讯。串行端口可由用户选择采用RS232C、RS－422或20mA电流环三种不同的电气规范。两个端口既可工作于全双工方式(发送、接收可同时进行)，又可工作于半双工方式(发送、接收分时进行)。端口与模板其它电路，采用光电隔离措施。允许连接的外部设备，与模板内部有1500V的电位差。与端口连接的典型设备有打印终端、CRT终端、电传打字机、调制解调器和其它计算机或是另外的ASCII／BASIC模板。两个端口均可与其它设备通讯，而PORT1可用于对该模板进行编程。模板上有32K字节EPROM，存放模板系统程序。系统软件包括GE／BASIC语言服务、通讯服务、自我诊断等几部分。还有16K字节的CMOS RAM，其中4K字节为系统程序使用，12K字节为存放用户程序和数据。RAM以锂电池作后备电源。ASCII／BASIC模板的基本功能有：1．用PORT1进行编程，通讯；2．用PORT2进行通讯；3．与GES6 PC进行通讯；4．执行GE／BASIC程序所规定的功能。

图8．6－17 ASCII／BASIC模板框图

ASCII／BASIC模板有编程和运行两种工作方式．前者，用户通过连接在PORT1上的设备，进行GE／BASIC程序的输入、修改、检查；后者，在运行方式时，该模板执行用户编制的GE／BASIC程序，并可与GES6 PC的CPU和两串行端口的设备进行信息交换。此外，还可不受GES6 PC的控制，独立作为微机系统使用、编制、修改并执行GE／BASIC程序。ASCII／BASIC模板的几种常见用法是：数据处理；复杂的数学运算；生产过程的数据表输出；与此模板相连的外设提供接口；通过显示终端直接操纵GES6 PC；独立于GES6 PC，用于解决其它复杂问题。

2．5．3 闭环控制模板

用可编程序控制器实现闭环控制的方法大致有两大类。一类主要是利用系统的模拟量输入输出的硬件，开发较完善的闭环控制软件功能，实现各种闭环控制方案。另一类是采用硬件、软件共同开发的方法，研制出闭环控制硬件模板，在此基础上开发出适应各种控制方案的软件功能，进而实现闭环控制功能。前一类是完全由软件实现的方法，实际上是依赖于模拟量输入输出模板的硬件资源。后一类方法，是采用这种硬件模板与软件功能相结合的方法。为适应各种需要，开发适用于PC的闭环控制模板，有温度控制、位置控制、通用闭环控制等。有的通用闭环控制模板，在不同的软件功能作用下，可实现P、PI、PD和PID控制，也可实现电机拖动系统的闭环控制，如图8．6－18所示电机拖动闭环控制，可实现逻辑控制和速度控制，加上位置控制环，就能对系统中的被控件的位置作精确定位，从而进行位置控制，如图8．6－19所示。

图8．6－18 电机拖动闭环控制框图

图8．6－19 轴向定位模板的闭环控制示意图