机电一体化系统设计基础 - 答案完工

机电一体化系统设计基础课程作业（三）

一、填空题

1．计算机的系统总线（信号线）有数据总线 、 地址总线 和 控制总线等三类。 2．第一条标准微机总线是S－100总线，而Multi（或STD、STE）总线可支持多CPU并行工作。

3．开关量输入/输出模板的典型接口由总线接口逻辑、I/O功能逻辑和I/O电气接口所组成。 4．典型开关量I/O模板的I/O电气接口的主要功能有滤波、电平变换、 光电隔离和功率驱动。

5．一般的多路A/D转换模板由多路开关、采样保持器、转换器和总线接口逻辑所组成。 6．选择A/D模板的主要依据是采样精度、采样速度和成本。

7．与A/D转换模板不同，在多路D/A转换模板中，需要多个D/A转换器，各通道D/A的有效数据由通道选择器产生的信号来决定。

8．在工业过程控制系统中，计算机的指令进行D/A转换后，须经过信号调理环节才能驱动执行机构。 二、简答题

1．试述可编程序控制器的功能及组成。

可编程序控制器可取代继电器控制，完成顺序和程序控制；可组成闭环系统，实现精确的位置和速度控制；可构成高速数据采集与分析系统，实现生产过程的完全自动化。

典型的可编程序控制器由电源、微处理器、存贮器、输入输出接口和编程器所组成。 2．开放式体系结构的主要特点是什麽？

开放式体系结构是近年来在电子工业和计算机工业中流行的一种设计思想，它使得当代计算机测控系统的设计方法与传统方法有了很大区别。

开放式体系结构的主要特点是：向未来的VLSI开放；向不同用户层次开放；向用户的特殊要求开放；采用模块化结构。

3．采用STD总线的工业控制机有哪几种工作模式？

由于STD总线的高度模块化和采用组合方法的特点，STD工业控制机可以灵活地组成各种系统。其工作模式有三种：

（1）独立工作模式 即采用微机的基本系统与工业用I/O模板单独构成控制系统。 （2）作为前端控制机 STD工业控制机可作为其它微机（工业PC机）的前端控制机，完成实时在线控制，并把采集的数据和执行结果传送给上位机。

（3）构成分布式组合 利用STD控制机的组合方法，可方便地进行各种分布式系统的组合。 4．简述STD总线微机控制系统的主要特点。 STD总线微机控制系统的主要特点：

（1）采用小板结构，高度的模块化，其功能模板结构灵活，可靠性高，硬件冗余小，成本低。 （2）模板设计具有严格的标准和广泛的兼容性。

（3）面向I/O的设计，具有强大的I/O扩展能力，使控制系统非常适合工业控制的应用。 （4）高可靠性。

5．STD总线系统的I/O子系统有哪些主要功能？

在计算机工业过程控制系统中，I/O子系统是过程接口，其主要功能有： （1）开关量的输入输出 用于I/O信号的测量与控制。

（2）模拟量的输入输出 用于外部模拟量的采样及输出模拟量的控制。

（3）脉冲量的输入输出 用于输入脉冲信号的接收、输出脉冲信号的控制；定时信号的产生及处理；伺服电机使用的运动控制接口。 6．A/D、D/A接口的功能是什麽？

在工业系统中，需要测量和控制的参数经常是连续变化的模拟信号，这些物理量经传感器变成连续变化的电压、电流等信号，A/D接口的功能是将这些模拟量再变换成数字量，以便计算机识别。D/A接口的功能则是将经计算机处理后的数字量转换成模拟电压或信号，输送到执行机构，达到控制过程的目的。 三、分析题

1．画图说明工业控制机与普通信息处理计算机的主要区别是什么？

工业控制机与普通信息处理机的差别在于取消了普通信息处理机的大母板，将其改为功能插板，与普通信息处理机相比较,工业控制机有以下特点： （1）具有丰富的过程输入输出功能。

（2）良好的时实性，能对生产过程工况变化实时地进行监控。 （3）可靠性高，故障率低，维修时间短，运行效率高。 （4）采用抗干扰电源，密封机箱，具有良好的环境适应性。 （5）丰富的应用软件。

（6）具有良好的技术综合性。

2．画图说明8路输入、8路输出STD总线开关量接口模板的组成原理。

如图所示，STD总线的开关量输入输出模板的典型接口由STD总线接口逻辑、I/O功能逻辑（输入缓冲器和输出锁存器）、I/O电气接口等三部分组成。输入模板的基本组成为：外部开关信号→输入信号条理电路→输入缓冲器→输入端口译码控制→STD总线；输出模板的基本组成为：STD总线信号→输出端口译码控制→输出锁存器→输出信号条理电路→负载。

3．试分析比较工业控制PC计算机与可编程序控制器的主要区别。

工业控制PC计算机与可编程序控制器以较强的输出带负载能力、良好的抗干扰能力和可靠性，在工业现场控制系统中得到了广泛的应用。但两者在系统组成、功能以及程序语言等方面有所不同。

工业控制PC计算机的基本系统与普通PC机大体相同，但备有各种控制模板，一般不需要再作硬件开发，在结构上进行了模块化；系统具备完整的控制功能，软件丰富，执行速度快，适用于需要作大量数据处理的测控系统。在程序语言方面，工业控制计算机以使用高级语言为主，也可使用汇编语言。

可编程序控制器（PLC）结构小巧，适应性强，可按照使用要求选购相应产品组成控制系统，可编程序控制器的控制功能以逻辑控制为主，小型PLC适用于实现各种逻辑控制和开关量控制，

大中型的PLC为模块化结构，按用户所需的功能选配模块，可组成规模较大、精度较高的闭环控制系统。PLC的控制功能由软件实现，但信号的输入输出采用周期性的扫描方式，这一点与工业控制PC机存在重要的区别。此外，在程序语言方面PLC的编程语言多采用梯形图，大型PLC控制系统可使用高级语言。