工业控制机的组成结构与特点
工控机
工控机编辑工控机（Industrial Personal Computer，IPC）即工业控制计算机，是一种采用总线结构，对生产过程及机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。
工控机具有重要的计算机属性和特征，如具有计算机CPU、硬盘、内存、外设及接口，并有操作系统、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。
工控行业的产品和技术非常特殊，属于中间产品，是为其他各行业提供可靠、嵌入式、智能化的工业计算机。
目录1概述2主要分类3软件系统4主要结构5适用领域6主要特点7日常维护8发展前景9国内市场1概述工控机全称工业控制计算机，是专门为工业控制设计的计算机，用于对生产工控机过程中使用的机器设备、生产流程、数据参数等进行监测与控制。
工控机经常会在环境比较恶劣的环境下运行，对数据的安全性要求也更高，所以工控机通常会进行加固、防尘、防潮、防腐蚀、防辐射等特殊设计。
工控机对于扩展性的要求也非常高，接口的设计需要满足特定的外部设备，因此大多数情况下工控机需要单独定制才能满足需求。
2主要分类目前工控机的主要类别有：IPC（PC总线工业电脑）、PLC（可编程控制系统）、DCS （分散型控制系统）、FCS（现场总线系统）及CNC（数控系统）五种。
1、IPC即基于PC总线的工业电脑。
据2000年IPC统计目前PC机工控机（图1）已占到通用计算机的95%以上，因其价格低、质量高、产量大、软/硬件资源丰富，已被广大的技术人员所熟悉和认可，这正是工业电脑热的基础。
其主要的组成部分为工业机箱、无源底板及可插入其上的各种板卡组成，如CPU卡、I/O卡等。
并采取全钢机壳、机卡压条过滤网，双正压风扇等设计及EMC（electromagneticcompatibility）技术以解决工业现场的电磁干扰、震动、灰尘、高/低温等问题。
IPC有以下特点：可靠性：工业PC具有在粉尘、烟雾、高/低温、潮湿、震动、腐蚀和快速诊断和可维护性，其MTTR（MeanTimetoRepair）一般为5min，MTTF10万小时以上，而普通PC的MTTF仅为10000～15000小时。
什么是工控机
工控机即工业控制计算机，是一种采用总线结构，对生产过程及机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。
工控机具有重要的计算机属性和特征，如具有计算机主板、CPU、硬盘、内存、外设及接口，并有操作系统、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。
工控行业的产品和技术非常特殊，属于中间产品，是为其他各行业提供稳定、可靠、嵌入式、智能化的工业计算机。
很多人对于工控机都不太了解，接下来咱们就一起来了解一下吧。
一．主要分类工控机的主要类别有：IPC（PC总线工业电脑）、PLC（可编程控制系统）、DCS（分散型控制系统）、FCS（现场总线系统）及CNC（数控系统）五种。
1、IPC即基于PC总线的工业电脑。
据2000年IPC统计PC机已占到通用计算机的95%以上，因其价格低、质量高、产量大、软/硬件资源丰富，已被广大的技术人员所熟悉和认可，这正是工业电脑热的基础。
其主要的组成部分为工业机箱、无源底板及可插入其上的各种板卡组成，如CPU卡、I/O卡等。
并采取全钢机壳、机卡压条过滤网，双正压风扇等设计及EMC（electromagneticcompatibility）技术以解决工业现场的电磁干扰、震动、灰尘、高/低温等问题。
IPC有以下特点：可靠性：工业PC具有在粉尘、烟雾、高/低温、潮湿、震动、腐蚀和快速诊断和可维护性，其MTTR（MeanTimetoRepair）一般为5min，MTTF10万小时以上，而普通PC的MTTF仅为10000～15000小时。
实时性，工业PC对工业生产过程进行实时在线检测与控制，对工作状况的变化给予快速响应，及时进行采集和输出调节（看门狗功能这是普通PC所不具有的），遇险自复位，保证系统的正常运行。
扩充性，工业PC由于采用底板+CPU 卡结构，因而具有很强的输入输出功能，最多可扩充20个板卡，能与工业现场的各种外设、板卡如与道控制器、视频监控系统、车辆检测仪等相连，以完成各种任务。
兼容性，能同时利用ISA与PCI及PICMG资源，并支持各种操作系统，多种语言汇编，多任务操作系统。
计算机控制技术 第2章 工业控制计算机简介
(2) 元器件筛选 除进行一般静态与动态技术指标的测试外， 需进行高温老化与高低温冲击试验，以剔除早期 失效的器件。
(3) 接插件和各种开关采用双触点结构，并对其表面 进行镍打底镀金处理。 (4) 安装工艺 当前的发展趋势是采用多层印制电路板高密度 表面安装技术，减少印制电路板面积和提高抗干 扰性能，以减少外引线数目和长度。
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6. 现场控制站的可靠性与可维护性
在DCS中，现场控制站是直接与生产过程相联系 的单元，因此对它提出了最高的可靠性要求。目前平 均无故障工作时间(MTBF) ≥10万小时，而平均修复时 间（MTTR）≤10分钟，为保证这么高的可靠性指标， 所采取的技术措施有以下几个方面： (1) 元器件选用 采用低额定值的原则，即将功率额定值与使用 温度的额定值分别控制在其标准额定值的50％和75 ％以内。另外，尽量选用CMOS电路与专用集成电 路(ASIC)，能显著降低功耗与减少外引线，大大提 高可靠性。
2
②实时性好： 工控机对生产过程进行实时控制与监测，因此要 求它必须实时地响应控制对象各种参数的变化。当过 程参数出现偏差或故障时，工控机能及时响应，并能 实时地进行报警和处理。为此工控机需配有实时多任 务操作系统(RTOS)。
实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够 在限定的时间内对外来事件做出反应的特性。 主要考虑两个要素： 一是根据生产过程出现的事件能够保持多长的时间； 二是该事件要求计算机在多长的时间以内必须做出反 应，否则，将对生产过程造成影响甚至造成损害。
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6）信号调理板 在DCS系统中，输入信号中存在各种微弱信 号或强电信号，它们是不能直接输入I／O功能模 板上的，必须先将其转化为0~5V或4~20mA的标 准信号，这项工作就是由信号调理板 来完成。 这些信号调理功能包括： 信号放大 隔离 多路复用 滤波 传感器激励 同步采样与保持
一款工业控制系统是由哪些部分组成的呢？
计算机控制系统是现代工业生产中不可或缺的关键设备，它通过采集、处理和控制数据，对整个系统进行监测和控制，确保系统的稳定运行和高效性能；其中，稳压控制系统、传感控制系统、电气控制系统及控制软件系统等是构成计算机控制系统的重要组成部分。
稳压控制系统是为了确保电压稳定而设计的，它通过实时监测电压波动，并根据设定的范围进行调整，以保持电压在可接受的范围内，这种系统通常应用于电力系统、工厂生产线等需要稳定电压供应的场所。
传感控制系统是通过传感器来采集环境信息，并通过控制器对环境进行控制。
例如，温度传感器可以实时监测环境温度，并根据设定的温度范围来控制加热或制冷设备，这种系统广泛应用于空调、冰箱等需要温度控制的设备中。
电气控制系统主要负责对电气设备进行控制和保护，例如，电气控制系统可以监测电流、电压、频率等参数，并在异常情况下及时切断电源，以确保设备和人员的安全，这种系统在电力系统、工业自动化等领域得到广泛应用。
控制软件系统则是通过计算机程序来实现对整个系统的控制和管理。
它可以收集和处理各个子系统的数据，并根据预设的算法和逻辑进行决策和控制。
例如，工厂生产线的控制软件系统可以根据订单需求和设备状态实时调整生产计划和生产速度，以提高生产效率和产品质量。
测控系统作为计算机控制系统的重要组成部分，负责对所有子系统进行监测和控制。
它通过与各个子系统进行通信，发送控制命令和获取数据采集信息，实现对整个系统的实时监控和控制。
测控系统通过各种传感器和仪器设备来获取各个子系统的状态和性能参数，并将其转化为计算机可读的数据，以便后续的处理和控制。
综上所述，计算机控制系统是整个系统数据的采集、处理及控制的中心，主要包括稳压控制系统、传感控制系统、电气控制系统及控制软件系统等是构成计算机控制系统的重要组成部分，而测控系统负责对各个子系统进行监测和控制，确保系统的稳定运行和高效性能。
这些系统的协同工作使得现代工业生产更加自动化、智能化，并提高了生产效率和产品质量。
计算机控制技术
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计算机控制技术课程辅导教案
行计算，最后发出控制信息，并通过模拟量输出通道、开关量输出通道直接控制生产过程。 3.监督控制系统 SCC (1) SCC 加上模拟调节器的控制系统 •定义 微机对各物理量进行巡回检测，并按一定的数学模型对生产工况进行分析、计算后得出控 制对象各参数最优给定值送给调节器，使工况保持在最优状态。 (2) SCC 加上 DDC 的分级控制系统 •定义 SCC 微机完成可完成高一级的最优化分析与计算，并给出最优给定值送给 DDC 级执行 过程控制。 4.分散型控制系统 DCS •定义 采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则，把系统从上到下分 为分散过程控制级、集中操作监控级、综合信息管理级，形成分级分布式控制。 5.现场总线控制系统 •定义 新一代分布式控制系统，采用“工作站---现场总线智能仪表”二层结构，国际标准统一后， 可实现真正的开放式互连系统结构。 1.2 工业控制机的组成结构及特点 1.2.1 工业控制机的组成 1.工业控制机的硬件组成 （1）主机板 CPU、RAM、ROM 等。作用：数值计算、逻辑判断、数据处理。 （2）内部总线和外部总线 内部总线：工业控制机内部各组成部分进行信息传送的公共通道，它是一组信号线的集合。 外部总线：工业控制机与其它计算机和智能设备进行信息传递的公共通道。 （3）人—机接口 键盘、显示器、打印机。 （4）系统支持功能 • 监视定时器（Watchdog)：系统故障时使系统自动恢复运行。 • 电源掉电检测：检测交流电掉电后保护现场，上电后能从断电处继续运行。 • 后备存储器体：保护重要数据，容量不大，采用后备电池的 SRAM、EEPROM。. • 实时日历时钟：时间驱动与事件驱动能力。常用带日历时钟芯片实现。 （5）磁盘系统 软磁盘、硬磁盘。 （6）通信接口 工业控制机与智能外设通信的接口。RS-232、IEEE-488 接口。 （7）输入输出通道 工业控制机与生产过程之间的信号传递和变换连接的通道。 2.工业控制机的软件组成 （1）系统软件 实时多任务操作系统、引导程序、调度执行程序。如 Intel 的 iRMX86、DOS、 Windows。 （2）支持软件 汇编语言、高级语言、编译程序、编辑程序、调试程序、诊断程序。
工业控制计算机组成
04 安全与可靠性
硬件安全
物理安全
保护工业控制计算机的物 理环境，包括温度、湿度、 灰尘等，确保硬件设备正 常运行。
防雷击和电磁干扰
工业控制计算机应具备防 雷击和电磁干扰的能力， 以应对自然灾害和电磁干 扰的影响。
度。
ROM用于存储固件和操作系 统，具有只读和不易失的特点
。
输入输出设备
输入输出设备是工业控制计算机中用于与外部设备进行 通信的部件。
输入输出设备的选择需根据工业控制计算机的实际应用 需求进行选择，如接口类型、传输速率等。
常见的输入设备包括键盘、鼠标、触摸屏等，输出设备 包括显示器、打印机等。
输入输出设备的稳定性和可靠性对于工业控制计算机的 连续运行至关重要。
加密存储和通信
对重要数据进行加密存储 和通信，防止数据泄露和 被篡改。
软件安全
访问控制
实施严格的访问控制策略，限制对工 业控制计算机的访问权限，防止未经 授权的访问。
安全审计
病毒防护
安装可靠的病毒防护软件，定期更新 病毒库，防止病毒入侵。
定期进行安全审计，检查系统日志和 事件记录，发现潜在的安全风险。
CPU的散热设计也是关键因素，良好 的散热系统能够保证CPU的稳定运行。
存储器
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存储器是工业控制计算机中用 于存储数据和程序的部件。
常见的存储器类型包括随机存 取存储器（RAM）和只读存储
器（ROM）。
RAM用于存储运行中的数据 和程序，其大小决定了工业控 制计算机的处理能力和运行速
工业控制计算机(IPC)
(2)ISA总线已被绝大多数工业PC机人员所接受和掌握，这 是其发展的人才来源。
(3)ISA总线性能基本能够满足多数工业控制领域的需求。 (4)ISA总线产品价格便宜，这容易被大多数工控系统设计 人员所接受。 (5)在要求速度高的外设使用中，可采用PCI总线，一般总 线底板具有4-5个PCI插槽。 因此，在工业PC机市场事实上还是以ISA(AT)、PCI总线为 主
引脚数
86(P1) 96
60(P2)
插 板 尺 寸 ／ 304×171 233×220
mm×mm
VM E 总线
IEEE P1014 8／32 4G 5-20M
多主部件
68000 80286 16032
128
160X100 160×233
STD 总线 IBMPC 总线
Q 总线
PC AT M CA
1EEE 961
第二种途径是：由专利总线的倡始人提出建议，将其总线 由专家小组给予评价和 修改，生成新的规程，进而纳入国家或 国际标准。例如HP的 GHIB，S-l00总线和Intel的Multibus均经 历了上述过程；
第三种 途径是：由专家小组在标准化组织的主持下从事 开发和制定总线 标准的工作，标准推出后即可由厂家和用户使 用。例如CAMAC、 Fast Bus和Future Bus均来自于这种途径。
计算机是由主机 、基本输入输出设备和外部磁盘机等组 成 ；过程输入输出（I/O）通道由各种开关量、模拟量等特殊 模板组成。
计算机完成系统的控制作用；过程输入输出（I/O）通道完 成工业生产过程的检测数据送入计算机进行处理以及完成将计 算机要行使对生产过程控制的命令 、信息转换成工业控制对象 的控制变量的信号 ，再送往工业控制对象的控制器去。继而由 控制器行使对生产设备运行控制。
工业控制计算机的特点是什么
一、工业控制计算机的特点是什么工业控制计算机是用于工业控制现场的计算机，简称工控机，能处理来自检测传感器的输入信息，并把处理结果输出到执行机构去控制生产过程，同时可对生产进行监督、管理，工控机的特点主要有：1、实时性工控机的计算机控制系统能在限定的时间内对外来事件作出反应，满足实时控制要求，从信息采集到生产设备受到控制作用的时间较短，并且系统能实时地监视现场的各种工艺参数，并进行在线修正，对紧急事故能及时处理。
2、高可靠性工业控制计算机通常控制着工业过程的运行，如果可靠性不佳，运行时容易发生故障，又没有相应的冗余措施，会给工业生产带来较大的危害，轻则使生产停顿，重则可能产生灾难性的后果。
很多生产过程是日夜不停地连续运转，因此要求与这些过程相连的工业控制机也必须无故障地连续运行，实现对生产过程的正确控制。
3、硬件配置的可装配可扩充性工业控制计算机的使用场合干差万别，系统性能、容量要求、处理速度等都不一样，特别是与现场相联接的外围设备的接口种类、数量等有很大的差别，因此要求采用模块化设计方法，具有硬件配置的可装配可扩充性。
4、可维护性工业控制计算机应有很好的可维护性，要求系统的结构设计合理，便于维修，系统使用的板级产品一致性好，更换模板后，系统的运行状态和精度不受影响；软件和硬件的诊断功能强，在系统出现故障时，能快速准确地定位。
另外，模块化模板上的信号应加上隔离措施，保证发生故障时故障不会扩散等。
二、工控机有什么缺点工控机是专门为工业现场而设计的计算机，具有专业化的特点，在工业领域应用广泛，不过工控机也存在一定的劣势，工控机的缺点主要是：1、配置硬盘容量小，且存储选择性小，在需要大容量储存的工业领域显得有些捉襟见肘。
2、数据安全性较低，数据处理能力也相对较差。
3、价格较高，同层次的工控机在价格上要比普通计算机偏贵，不过一般也不会相差太多。
工业控制计算机
具有高可靠性、高稳定性、高实 时性、高安全性等特点，能够适 应恶劣的工业环境，提供精确的 控制和监测功能。
发展历程与趋势
发展历程
工业控制计算机经历了从模拟控制到 数字控制，再到现代工业控制计算机 的发展过程。
发展趋势
随着计算机技术和工业技术的发展， 工业控制计算机正朝着智能化、网络 化、集成化方向发展，实现更高效、 更精准的控制和监测。
监控和数据采集，为能源管理提供决策支持。
案例分析
03
以某钢铁企业为例，通过采用工业控制计算机，实现了对能源
使用的实时监控和优化，降低了能源消耗和成本。
工业物联网平台搭建实践
01
工业物联网概述
工业物联网是指通过物联网技术，实 现设备之间的互联互通和数据共享， 提高生产效率和智能化水平。
02
工业控制计算机在工 业物联网中的应用
网络安全措施
采用防火墙、入侵检测系统（IDS）、加密技术等手段，确保工业控制计算机系 统的网络安全。
04
典型应用案例分析
自动化生产线控制
自动化生产线概述
自动化生产线是指通过自动化设备、传感器、执行器等组件，实现生产过程的自动化控制 和管理。
工业控制计算机在自动化生产线中的应用
工业控制计算机作为自动化生产线控制系统的核心，通过与各种设备、传感器等连接，实 现对生产线的实时监控、数据采集、故障诊断等功能。
硬件技术创新
随着半导体技术的不断发展，工业控制计算机的硬件性能不断提 升，为工业控制系统的升级提供了有力支持。
软件技术创新
工业控制软件不断升级，功能不断完善，为工业控制系统的智能化 、网络化提供了有力支持。
通信技术创新
工业控制计算机的通信技术不断发展，为工业控制系统的远程监控 、数据传输提供了有力支持。
10 工控机(IPC)
（3）人—机接口。人—机接口是人与计算机 交流的一种外设。它由标准的PC键盘、显示器 和打印机等组成。
（4）系统支持板。工业控制机的系统支持 板主要包括如下部分：监控定时器（俗称看 门狗电路）。它的主要作用是当系统因干扰 或软件故障出现异常时，看门狗电路可以使 系统自动恢复运行，从而提高系统的可靠性。 电源掉电检测。电源掉电检测的目的是为了 检测到电源掉电以后，进行现场保护。 保护重要数据的后备存储器。
需配有实时多任务操作系统。
3）环境适应能力强 工业现场环境恶劣，电磁干扰严重，供电 系统也常受波动大负荷设备启停的干扰，其接 “地”系统复杂，共模及串模干扰大。因此要
求工控机具有很强的环境适应自适应能力，如
对温度、湿度变化范围要求高；要有防尘、防
腐蚀，防振动冲击的能力；要具有较好的电磁
兼容性和高抗干扰能力以及高共模抑制的能力。
3．一体化主板
主板是工控机的核心部件， 所采用的元器件都经过严格筛选， 并满足工业标准。现在的工控主板 所使用的CPU大都采用Pentium、 PentiumⅢ、PentiumⅣ芯片，也 有采用其他厂家的芯片。
所谓一体化主板，是指在主板上集成了通信
接口（RS-232、RJ-45等）、外设接口（IDE、
PCs的构成
（1）主机。包括机箱、主板、母板、电源、 存储器等，它是工业控制机的核心。
（2）内部总线和外部总线。内部总线是工 业控制机内部各组成部分进行信息传送的 公共通道，它是一组信号线的集合。常用 的内部总线有ISA总线和PCI总线。外部总 线是工业控制机与其他计算机和智能设备 进行信息传送的公共通道。常用的外部总 线有RS-232C和IEEE-488通信总线。
计算机测控系统
—— 计算机
工业控制计算机组成
4.1 工业控制计算机及发展演变
4.1.1 工业控制计算机的组成结构及特点
工业控制计算机是为满足工业应用领域而发展起来的。 要求:系统实时性好，可靠性高，输入输出模板配套好， 系统通信功能强几系统开放性与扩充性好。
1.工业控制计算机的硬件组成,如图4.1。
硬件包括主机板(CPU、RAM、ROM)、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、输入输出通道。 2.工业控制计算机的硬件组成
开中断 键盘命令处理
显示处理
图4.36 程序主要结构
中断服务开始 计数
T=1S ? 读计数器值 重置计数器 计算流量 PID运算 输出控制量
结束
工控机 RS232 Adam4520 RS485
1# Adam4018 2# Adam4018 … 6# Adam4018
…
1
6
…
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147 计算机分布式温度检测系统硬件构成
4.2.2.3智能通用I／O单元——UIO板 UIO－CPU的主要指标 主要硬件说明
4.2.3工业控制系统中的人-机接口技术
人-机接口，是指显示技术、打印技术和输入技术三 个方面的问题。
1 显示技术
常用的显示技术有指示灯方式、LED方式、LCD（液 晶显示）方式、模拟屏显示方式、图形显示方式， 以及新型薄膜晶体管TFT方式。
– 2 PLC及其网络是现代工业自动化的支柱 ●PLC集三电于一体 ●PLC网络的性能价格比高
4.3.2 PLC产品概览
4.3.2.1 PLC的几种流派
PLC产品按地域大体可以分成三个流派：
●美国产品 ●欧洲产品 ●日本产品
4.3.2.2 三种流派的三类代表产品
工业控制计算机的特点
工控制计算机的特点工业控制用计算机是和生产过程直接相连接，对生产过程进行实时控制的计算机。
因此与通用计算机、办公室使用的PC相比，在运行环境、硬件构成、软件配置等方面都有不同的要求。
工业控制计算机突出的特点是:1.耐工业现场环境所谓工业环境，它包括温度、振动、冲击、尘埃及腐蚀等因素。
当今的工业PC，即与PC兼容的工控机(IPC)在结构、通风、模板安装加固及元器件选型等方面，都定位于更高的可靠性标准。
IPC主机板的平均无故障运行时间或平均故障间隔时间(MTBF)已达10万h以上。
2.实时性实时性常用“系统响应时间”来衡量，即当一个外部事件发生，系统能在多少时间内响应事件。
生产过程要求控制计算机在规定的时间内对被控对象完成所要求的任务。
生产过程中有些信号变化频率非常快，要求计算机系统在几毫秒甚至若干微秒内采集到一个事件信号或数据，并记录保存它。
某些重要的状态如发生突变，表明有事故发生，也要求计算机系统在几毫秒内发出相应的控制信号，并记录当时时间及相关量的状态或数值，以便于事故的分析等。
计算机系统的实时性，一方面与CPU的性能与指令有关，更主要取决于操作系统对程序运行的调度方法。
因此，实时性强的工业控制计算机多采用实时操作系统。
3.丰富的过程输人输出生产过程的大量信息是通过各种各样的仪表、传感器等输人到控制计算机，由计算机作出决策及将控制信息输出到各类执行机构。
因此，和一般用于办公或管理的计算机不同，除人机接口、常规的各种外部设备外，过程输人输出设备是控制计算机必不可少的，是控制系统的重要组成部分。
过程输入输出设备包括开关量、数字量、模拟量及脉冲计数等特殊功能接口。
在组成计算机控制系统时，需要在部件与部件之间进行连接与通信，经常采用的是总线方式。
所谓“总线”，是指某种设计标准和工艺标准。
技术设计标准是约定信号名称、电平等级、负载能力及连接原则;工艺标准是指结构尺寸，布线次序，印制电路或连接器的使用方法、引出线数目、用途及名称等，以及兼容使用的范围。
工控机1
1-1工控机的组成与特点
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工控机的软件组成
⑴系统软件 系统软件用来管理IPC的资源，并以简便的形式向用户提供服务。 包括实时多任务操作系统、引导程序、调度执行程序，如Intel 公司的iRMX86实时多任务操作系统、MS-DOS，LINUX,特别 是Windows软件。 ⑵工具软件 工具软件是技术人员从事软件开发工作的辅助软件，包括汇编 语言、高级语言、调试程序、诊断程序、各种组态软件等。 ⑶应用软件 是系统设计人员针对某个生产过程而编制的控制和管理程序。。
1-2 工控计算机的接口技术简介：
工控计算机主机
控 制 口 （CB)
状态(地址） 数据口 口 (DB) (AB)
外设 （I/O设备、外存）
工控机对外设的访问就是工控机对外设的I/O接口中的 I/O 端口进行访问。
1-2 工控计算机的接口技术简介
• 接口技术：即不同电路或设备之间的连接技术
• 工控机寻址范围大 ，控制功能强
程序编制清晰，容易理解
•
缺点：需专用的指令。占用内存空间。
4、I/O接口的编址方式：
隔离I/O法编址
4、I/O接口的编址方式：
存储映象I/O法编址
5、一般I/O接口的组成：
• 1、各种寄存器的集合，如地址、资料、控制、命 令、状态等（解决快与慢的问题） • 2、各种控制电路，如设备选中、端口选中（CPU 准确地访问外设）、同步异步控制（保证准确通 讯）、设备监测及控制电路（保证设备接受CPU 指令并工作及将工作状态返还CPU）、信息转换 电路、中断及DMA 控制部件等。 • 3、接口与主机、接口与外设两个方向的信号定义 与连接 – 接口体现：IO接口芯片，IO接口卡
1-1工控机的组成与特点
机电一体化控制技术与系统章 (3)
（2）快速性。在实际的控制系统中，不仅要求系统稳定， 而且要求被控制量能迅速按照输入（或指令）信号所规定的形式 变化，即要求系统具有一定的响应速度。
一般
各系 统不同
好
好
好
好
各系 统不同，例如
一般具 备串口，可通 过通信模块扩展 USB
或ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ口
现场总 线控制系 统具备 现场总线 通信 能力，其他系 统可按 需配置不
同的 通信接口
以梯形 图为主，也支 持高 级语言开发
专用语言（如 G 代码 ）或 支持高级
语 言开发
一般（可选配 触摸屏）
一般
一般 规模现场控制
（4）工控机主板设计独特，无故障运行时间长，具有看 门狗功能，能在系统出现故障时迅速报警，并在无人干预的情 况下使系统自动恢复运行。
第3章 工业控制计算机
（5）工控机支持19英寸上架标准，机箱平面尺寸统一，可 集中安装在一个立式标准机柜中，设备占用空间小，便于与其它 设备的连接和管理。
（6）具有控制软件功能强大，人机交互方便、画面丰富、 能实时在线检测与控制，对工作状况变化给予快速响应等性能； 具有系统组态和系统生成功能；具有历史趋势记录和显示功能； 具有丰富的控制算法；具有远程通信功能，通信网络速度快，并 符合国际标准通信协议。
第3章 工业控制计算机
2.机电一体化控制系统的选用 在进行机电一体化系统中的控制系统设计时，要根据专用 与通用、成本、开发周期等实际情况来选择相应的控制系统。 表3－1给出了各种控制系统的性能比较及选用参考。
第五章工控机
第二章工业控制计算机2－1 工控机的定义和特点2－2 工控机的组成2－3 工控机的类型（以总线分类）2－4 总线技术2－5 数据通讯技术2－6 工控机的发展2－1 工控机的定义和特点一、工控机的定义（IPC：Industrial Personal Computer）传统定义：将用于工业生产过程的测量、控制和管理的计算机统称为工业控制计算机。
但今天的工业控制计算机的内涵已经远不止这些，其应用范围也已经远远超出工业过程控制。
新定义：工业控制计算机是“应用在国民经济发展和国防建设的各个领域、具有恶劣环境适应能力、能长期稳定工作的加固计算机”，简称“工控机”。
它采用总线结构，具有重要的计算机属性和特征，如具有计算机CPU、硬盘、内存、外设及接口、并有实时的操作系统，控制网络和协议，计算能力，友好的人机界面。
二、工控机的特点（1）实时性好：是指计算机控制系统在限定的时间内对外来事件作出反应的能力快。
工控机对生产现场进行实时在线检测与控制，对工况变化给予快速响应，能实时进行数据采集和输出调节，保证系统的正常运行。
（2）可靠性高：工控机具有在粉尘、高温、潮湿、振动、腐蚀（酸、碱）和电磁干扰等的工业环境、长时间、连续可靠工作的能力。
能够抗工业电网的浪涌、失波、跌落和尖峰干扰等。
并具备良好的故障诊断和可维护性。
（快速修复能力——MTTR一般小于5min）（3）输入/输出能力强：工控机具有很强的输入/输出功能，与工业现场的各种检测仪表和控制装置，如：传感器、变送器、执行器、报警器、显示器等相连接，以完成各种测量控制任务。
（4）应用软件丰富：大多工控机以WINDOWS作工作平台，支持多种高级语言编程，支持实时多任务操作系统。
应用软件极为丰富，特别是组态软件更为用户提供方便。
（5）硬件配置的可装配、可扩充性强、系统可维护性好采用模块化设计方法。
系统使用的板级产品一致性好，更换模板后，系统的运行状态和精度不受影响；软件和硬件的诊断功能强，在系统出现故障时，能快速准确地定位。
工业控制系统：分析工业控制系统的特点、设计和应用
工业控制系统：分析工业控制系统的特点、设计和应用引言工业控制系统（Industrial Control System，简称ICS）是一种用于监视、控制和操作生产和工业过程的系统。
它在现代工业中起到至关重要的作用，包括自动化生产线、石油化工、电力系统、交通系统等。
本文将分析工业控制系统的特点、设计和应用。
工业控制系统的特点多样性工业控制系统应用广泛，涵盖了许多不同的行业和领域。
不同行业和领域的工业控制系统存在着差异，因为每个行业和领域都有其特定的需求和要求。
例如，自动化生产线的控制系统需要高度可编程性和实时性，而电力系统的控制系统需要具备很高的可靠性和稳定性。
可靠性工业控制系统必须保证系统的可靠性，因为它们控制着生产和工业过程的关键环节。
如果控制系统发生故障或失效，可能会导致生产停工、设备损坏甚至人身伤亡。
因此，工业控制系统需要具备高度可靠性，以确保生产过程的平稳运行。
实时性实时性是工业控制系统的一个重要特点。
在生产和工业过程中，往往需要对过程参数和状态进行即时监测和控制。
因此，工业控制系统必须能够以实时响应的方式获取数据、分析数据并做出相应的控制决策。
实时性的要求对控制系统的设计提出了较高的要求。
可扩展性工业控制系统通常需要具备一定的可扩展性，以满足不断变化的生产需求和技术进步的要求。
例如，当生产规模扩大或新的生产线引入时，控制系统需要能够方便地进行扩展和升级，以适应新的生产需求。
因此，可扩展性是工业控制系统设计的重要考虑因素之一。
工业控制系统的设计系统架构设计工业控制系统的设计需要考虑系统的架构。
系统架构设计包括系统的拓扑结构、通信协议、数据传输方式等方面。
合理的系统架构设计可以提高系统的可靠性和实时性。
例如，采用冗余设计可以增加系统的容错能力，确保系统在某个组件发生故障时仍能正常运行。
控制算法设计控制算法设计是工业控制系统设计的核心内容之一。
控制算法设计的目标是通过对输入输出之间关系的建模和分析，确定合适的控制策略和参数，以实现对生产和工业过程的控制。
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分别为地层和电源层，这种结构方式可以减弱板上逻辑信号的相
互干扰和降低电源阻抗。底板可插接各种板卡，包括CPU卡、显 示卡、控制卡、I/O卡等。
3、工业电源
为AT开关电源，平均无故障运行时间达到250，000小时。
4、CPU卡
IPC的CPU卡有多种，根据尺寸可分为长卡和半长卡，根据处理器
可分为各种主板，用户可视自己的需要任意选配。其主要特点是 ：工作温度0-600C；装有“看门狗”计时器；低功耗，最大时 为5V/2.5A。
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工控机与普通计算机相比必须具有以下特点 ：
• 工控机与普通计算机相比必须具有以下特点：
1） 机箱采用钢结构，有较高的防磁、防尘、 防腐蚀、防冲击的能力。
2） 机箱内有专用底板，底板上有PCI和ISA插 槽。
3） 机箱内有专门电源，电源有较强的抗干扰 能力。
4见类型
ISA 总线工控机
PCI 总线工控机
PC104 总线工控机：总线与ISA兼容的基础上缩小 模板尺寸，降低功耗，满足嵌入式系统的要求。有 104条信号线，模板尺寸为3.6 in×3.8 in (90mm×96mm)，可以层叠。
CompactPCI工控机：PCI总线＋欧式插卡结构。
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组态软件
• 西门子 Win CC • 组态王 • FIX • 日本横河 Centum • TDC • MCGS • Hollysys 和利时
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控制系统
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总线式工控机
总线式工控机采用标准并行底板总线， 其特点是能以简单的硬件支持高速的数据 传送和处理，且使系统具有标准化、模块 化、组合化的开放式结构，能适应各种不 同的控制对象，应用极为广泛。
防尘、温度/湿度） • 过程输入和输出配套较好（模拟量；开关量、脉冲量
、频率量） • 系统扩充性好（标准——便于移植和互换） • 控制软件包功能强（组态软件） • 系统通信功能强（串行通信、网络通信） • 后备措施齐全（供电后备、存储器信息保护、手动/自
动操作后备、紧急事故切换装置） • 具有冗余性（双机工作及冗余系统——不间断运行）
5) 一般采用便于安装的标准机箱（4U标准机箱
较为常见）
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IPC的主要结构：
1、全钢机箱
IPC的全钢机箱是按标准设计的，抗冲击、抗振动、抗电磁干扰， 内部可安装同PC-bus兼容的无源底板。
2、无源底板
无源底板的插槽由ISA和PCI总线的多个插槽组成，ISA或PCI插槽 的数量和位置根据需要有一定选择，该板为四层结构，中间两层
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PCI总线结构示意图
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总线式工控机（分类）
按照所采用的总线标准类型可将工业控制机分成四类：
1、PC总线工控机：有ISA总线、VESA局部总线、PCI总线、 PC104总线等几种类型工控机，主机CPU类型有80386、80486、 PENTIUM等。
2、STD总线工控机：采用STD总线，主机CPU类型80386、80486、 PENTIUM等。
第2章
工业控制机的组成结构与特点
深圳研祥工控机
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工业控制机（IPC）的组成
组成：硬件和软件 硬件：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、输入输出通道。
软件：系统软件、支撑软件和应用软件。
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工业控制机（IPC）的特点
• 可靠性高（平均无故障工作时间） • 实时性好（实时控制与监测） • 环境适应性强（抗干扰，共模、串模、振动、腐蚀、
2.38Mbps
• ISA (AT) 总线：对XT总线的扩充，98线， 16位，寻址空间 16MB，数据传输率16Mbps
• EISA 总线：对ISA总线的扩充， 32位，98+98线，数据传输 率32Mbps
• VESA总线：局部总线标准，是ISA总线的扩展，适应多媒体技 术，数据交换由CPU总线直接进行，运行速度为66MHz或更高， 最大数据传输率为132Mbps。
• PCI总线：在CPU和外设间插入协调数据传输的管理层，提供
一致的总线接口，形成了开放的局部总线标准，而不依赖于
CPU芯片。工作频率33MHz，PCI总线的数据宽度为32位和64
两种，数据传输率分别为133Mbps和266Mbps，PCI Express
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数据传输率可以达到8Gbps。
5、其他配件：
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工控机主要部件
底板
CPU卡
CPU卡
电源
冗余电源
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机箱
上架机箱
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RocketPort INFINITY智 能型多串口卡
RocketModem多路Modem卡
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工控机主要组成形式
工业平板电脑
工业平板电脑
一体化工作站
XE-4U工业计算机
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总线
总线就是一组信号线的集合，它定义了引线的信 号、电气、机械特性，使计算机内部各组成部分之间 以及个同的计算机之间建立信号联系，进行信号传送 即通信。
内部总线 内部总线就是计算机内部功能模板之间进行通信
的总线．它是构成完整的计算机系统的内部信息枢纽 。 外部总线
外部总线是计算机与计算机之间或计算机与其它 智能设备之间进行通信的连线。
台式201工9/1控1/1机3
AE-1U工业计算机
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RAC-MIL15加固便携机 AE-2U工业计算机
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英国CCT公司发布支持最新INTEL 四核至强 处理器的6U CPCI单板计算机
基于45纳米技术和INTEL微架构类型的两种新CPU 最大支持64GB DDR3-1066 ECC 内存，2个万兆以太网端口，数个SAS和ATA300 接口，
3、VME总线工控机：采用VME总线，主机CPU类型以MOTOROLA公 司的为主。
4、多总线工控机：采用MULTIbus总线，以INTEL工控机为代表， 主机CPU类型有80386、80486、PENTIUM等。
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PC总线标准
• XT线（书上的PC总线）：62线，16位，数据传输率
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