机械5

1.1 PLC的定义及现状 可编程控制器出现前，继电器控制在工业控制领域占据主导地位。但是继电器控制系统具有明显的缺点：设备体积大、可靠性低、故障查找困难以及维修不方便。由于接线复杂，当生产工艺和流程改变时必须改变接线，因此，其通用性和灵活性较差。 20世纪60年代，计算机技术开始应用于工业控制领域，但由于价格高、输入输出电路不匹配、编程难度大以及难以适应恶劣工业环境等原因，未能在工业控制领域获得推广。20世纪60年代末，美国汽车制造工业竞争激烈，为适应生产工艺不断更新的需要，1968年美国通用汽车公司（GM）提出了研制新型逻辑顺序控制装置的十项招标指标。主要内容是： 1)编程方便，可现场修改程序。 2)维修方便，采用插件式结构。 3)可靠性高于继电器控制装置。 4)体积小于继电器控制盘。 5)数据可直接送入管理计算机。 6)成本可与继电器控制盘竞争。 7)输入可为市电 8)输出可为市电，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器等。 9)扩展时原系统改变最校 10)用户存储器大于4KB。 这些实际上提出了将继电器控制的简单移动、使用方便、价格低的优点与计算机的功能完善、灵活性、通用性好的优点结合起来，将继电接触器控制的硬连线逻辑转变为计算机的软件逻辑编程的设想。美国数字设备公司（DEC）中标，并于1969年研制出第一台可编程控制器PDP-14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，并取得了满意的效果，可编程控制器自此诞生。 随着电子技术的发展，可编程控制器(Programmable Logic Co
ntroller.以下简称PLC)由原来简单的逻辑量控制，逐步具备了计算机控制系统的功能，同时，还具有抗干扰性强、可靠性强、体积孝编程方便、修改容易、网络功能强大等显著优点，它可以与计算机一起组成功能完备的控制系统。PLC在工业控制领域得到了广泛的应用，在PLC组成的控制系统中，一般由上、下位微机组成主从式控制系统。PLC作为下位机，完成数据采集、状态判别、输入输出控制等，上位机（微型计算机、工业控制机），完成采集数据信息的存储、分析处理、复杂运算、状态显示以及打印输出，以实现对系统的实时监控。微型计算机与PLC组成的主从式实时监控系统，能够充分发挥各自的优点和功能，实现优势互补。 PLC的定义如下：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计的。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原理设计。 S7-300的CPU具有丰富的指令功能，编程十分方便。采用PLC作为温度控制系统的核心，克服了以往仪表控制的单回路调节器的缺点，可以由用户自己定义控温曲线，同时利用PLC控制逻辑量的优点，与输入、输出信号通过简单的编程实现连锁，可以对各种故障情况及时做出反应，使控制系统更加安全可靠。 1.2信号处理的现状和发展 (1) DSP数字信号处理器的发展 步入21世纪之后,社会进入数字化的时代,而数字信号处理器(digitalsig
nalprocessor)正是这场数字化革命的核心从20世纪60年代数字信号处理理论的崛起，到20世纪80年代世界上第一个单片可编程DSP芯片产生以来,数字信号处理器的发展迅猛异常"DSP的应用范围也越来越广。 现代DSP芯片作为可编程超大规模集成(VLSI)器件,通过可下载的软件或固件来实现数字信号处理功能"DSP芯片除具有普通微处理器的高速运算和控制功能外,还针对高数据传输速率,数值运算密集的实时数字信号处理,在处理器结构,指令系统,和指令流程设计上做了较大改动"其结构特点有: a.DSP芯片普遍采用改进的哈佛结构,即数据总线和程序总线相互分离,这使得处理指令和数据可以同时进行,提高了处理效率" b.DSP芯片大多采用流水线技术,即每条指令的执行划分为取指,译码,取数等若干步骤,由片内多个功能单元分别完成"这相当于多条指令并行执行,从而大大提高了运行速度" c.片内有多条总线可以同时进行取指和取操作数动作并且有辅助寄存器自动增减地址协助寻址" d.配有独立的乘法器!加法器和特殊指令,适用于需要大量乘累加器操作的矩阵运算,滤波,FFT,Viterbi译码和相关的专用信号处理运算" e.大多数DSP芯片一般都带有DMA控制器,外部存储器,外部存储器扩展接口,串行通信,配合片内多总线结构可以实现大吞吐量数据传送" f.DSP芯片一般配有中断处理器,定时器,片内存储器和锁相环(PLL)等片内集成外设,可以方便的实现一个嵌入式自封闭控制的处理系统" g.省电管理和低功耗"适于便携式数字终端设备" 发展趋势: DSP内核结构进一步完善; DSP和微处理器的融合; MPU是低成本的,主要执行智能定向控制任务的通用微处理器,但其数字信号处理能力很差,DSP功能正好与其相互补充; DSP和高档CPU的融合; DSP和SOC(System-o
n-chip)的融合; DSP和FPGA的融合; 实时操作系统RTOS与DSP结合"(2) （2）电流模式模拟信号处理的发展 多年来，电子工程师似乎总是认为世界是由电压所支配，安培只是从属于伏特，新近的研究表明，由标准的电压运算放大器综合的电流模式电路比用同样的器件以电压模式综合实现的电路性能好得多，跨导运放极有希望发展成为模拟VLSI中的模拟门阵列最基本的积木块，T-C技术使得全集成连续时间信号处理器的单片集成化成为可能，用电流模式方法设计的ANN集成电路克服了电压模式ANN集成电路的缺陷，可实现编程闭值的突触阵列，从而为神经计算机的VLSI实现提供了新的途径。 目前，集成电路的设计由于电流模式电路技术的发展和应用而获得了新的生长点，模拟VLSI的最新进展使得开发和实现电流模式信号处理成为可能.电流模式技术和方法对于诸如放大器、变换器、A/D和D/A、采样数据和连续时间滤波器、自校正系统，编程系统、ANN(人工神经网络)和神经计算机等许多问题提供了最有吸引力的途径，并将对微电子学与信息科学、计算机科学与AI,控制与机器人等领域的发展产生重要的影响.在988年IEEE电路与系统国际会议上英国B.WiIso
n教授等人介绍了电流模式信号处理的一些新近进展‘s}，引起了人们的广泛兴趣，1988年和1990年IEEE电路与系统国际会议上开辟了“电流模式信号处理”专门小组报告和大会前的专题学术付论会，并把其作为VLSI和模拟信号处理的重点前沿方向，一嘲电流模式信号处理’的热潮正在国际上迅速兴起。人们预计电流模式模拟信号处理与[IC设计技术的发展将会改变目前电压模式模拟信号处理统治VLSI的局面，形成与其共同发展、互为补充、互相兼容的新格局.发人深醒的是、二十年前就有人在此领域作过努力与尝试o-h由于电压模式IC技术的迅速发展而淹没了这些工作，也正是由于电压模式信号处理技术和VLSI发展到今天，给电流模式信号处理的实现提供了技术上的可能性，同时随着现有模拟VLSI技术的迅速发展和广泛应用，使得人们得以认识电压模式信 号处理和VLSI技术的局限性，从而开始考虑电流模式信号处理的能力，促进了电流模式信号处理的诞生和发展.本文旨在对这一刚刚诞生的科学生长点电优模式信号处理的发展现状作一评述，讨论电流模式信号处理与集成电路设计的基本方法，展望其发展前景并指出有关前沿研究课题，以期促进我国在这一新领城的研究和发展.