计算机控制技术第2章PPT课件
合集下载
计算机控制技术 第2章 工业控制计算机简介
28
(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。
27
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。
23
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
(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。
27
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。
23
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
计算机控制技术-第2章 Z变换及Z传递函数
第2章 Z变换及Z传递函数
2.2 Z变换的性质和定理
1．线性定理 设a,a1,a2为任意常数，连续时间函数f(t),f1(t),f2(t) 的Z 变换分别为F(z),F1(z),F2(z)、及，则有
Z af(t)aF(z) Z a1f1(t)a2f2(t)a1F 1(z)a2F 2(z)
第2章 Z变换及Z传递函数
s i n t 1 ( e j t e j t ) 2j
F
(z)
Z
1 2
j
(e
j
t
e
j
t
)
1 2j
Z e j t Z e j t
1 z 2 j z e j T
z
z e j T
1 2j
z2
e (e
j T j T
e j T e j T ) z 1
z sin T z2 2 z cos T 1
F (z) Z f(t) Z [f* (t)] f(k T )z k k 0
第2章 Z变换及Z传递函数
求取离散时间函数的Z变换有多种方法，常用的有两种。 1．级数求和法
将离散时间函数写成展开式的形式
f* (t) f(k) T (t k)T k 0 f(0 )(t)f(T )(t T )f(2 T )(t 2 T ) f(k) T (t k)T 对上式取拉氏变换，得
1 1az1
z z a
z a
第2章 Z变换及Z传递函数
2．部分分式法 设连续时间函数的拉氏变换为有理函数，将展开成
部分分式的形式为
n
F(s)
ai
i1 s si
因此，连续函数的Z变换可以由有理函数求出
n
F(z)
ai z
计算机控制技术课件：第2章 模拟量输出通道2
接
多
采样保持器
V/I
通道1
PC
口
路
总
电
D/A
开
线
路
关
采样保持器
V/I
通道n
图 2-1 （b）共享D/A结构
特点：1、多路输出通道共用一个D/A转换器
2、每一路通道都配有一个采样保持放大器 3、D/A转换器只起数字到模拟信号的转换作用 4、采样保持器实现模拟信号保持功能 5、节省D/A转换器，但电路复杂，精度差，可靠低、占用
由与门、非与门组成的输入控制电路来控制3个寄存器 的选通或锁存状态。其中引脚（片选信号、低电平有 效）、（写信号、低电平有效）和BYTE1/（字节控制 信号）的组合， 用来控制 8 位输入寄存器和 4 位输入 寄存器。
(MSB) DI11 DI10 DI9 DI8 DI7 DI6 DI5 DI4
DI3 DI2 DI1 DI0 (LSB)
XFER(Transfer Control Signal):传送控制信号，输入 线， 低电平有效。
IOUT1：DAC电流输出端1，一般作为运算放大器差动输 入信号之一。
IOUT2：DAC电流输出端2，一般作为运算放大器另一个 差动输入信号。
Rfb：固化在芯片内的反馈电阻连接端，用于连接运算放 大器的输出端。
(MSB) DI7 DI6 DI5 DI4 DI3 DI2 DI1 DI0 (LSB)
ILE
CS WR1
XFER WR2
D
Q
8位 输入 寄存器
D
Q
LE1
D
Q
8位
DAC 寄存器
8位 DAC 转换器
D
Q
LE2 当LE=1时,输出数 据随输入变化。
计算机控制技术第2章 Z变换及Z传递函数(3)
第2章 Z变换及Z传递函数
闭环Z传递函数 设闭环系统输出信号的Z变换为Y(z)，输入信 号的Z变换为R(z)，误差信号的Z变换为E(z)，则 有如下定义： Y (z) 闭环Z传递函数： W ( z )
R(z)
W 闭环误差Z传递函数：
e
(z)
E (z) R(z)
R(z)
E(z)
G(s)
Y(z)
因此，求解y*(t)的问题就转换为求系统的 Z传递函数，这就表明Z传递函数G(z)可以表征 线性离散系统的性能。
第2章 Z变换及Z传递函数
Z传递函数与脉冲响应函数的关系
G(z) u(t)
T
u*(t) U(z)
G(s) T
y(t) y*(t) Y(z)
脉冲响应函数
设G(s)的输入为理想的脉冲信号 u t t 则输出 y t g t L G s
G1 (s) Y1(s) Y(s) U(s) T
G1 (s)
Y1(s)
Y(s) Y(z)
U(s)
T
Y(z)
G2 (s)
G2 (s) Y2(s)
Y2(s)
T
(a) 采样开关在各个环节输入端
(b) 采样开关在总输入端
第2章 Z变换及Z传递函数
根据上图可知，总的Z传递函数等于两个环 节Z传递函数之和，即
第2章 Z变换及Z传递函数
若设G(z)的一般表达式为
Y (z) G (z) U (z) b0 z z
n m
b1 z
m 1
bm
a1 z
n 1
an
不失一般性，假定其中的系统m≥0，n≥0， 其余系数为任意给定值，则
计算机控制技术-第2章 Z变换及Z传递函数
f (0) lim F ( z )
证明：
z
F ( z ) f (kT ) z k f (0) f (T ) z 1 f (2T ) z 2
k 0
所以
f (0) lim F ( z )
z
第2章 Z变换及Z传递函数
5．终值定理 设连续时间函数f(t)的Z变换为F(z)，则有 证明：
第2章 Z变换及Z传递函数
第2章 Z变换及Z传递函数
第2章 Z变换及Z传递函数
2.1 Z变换定义与常用函数Z变换
2.1.1 Z变换的定义 已知连续信号f(t)经过来样周期为T的采样开关后， 变成离散的脉冲序列函数f *(t)即采样信号。
f (t ) f (kT ) (t kT )
* k 0
*
1
2
k
第2章 Z变换及Z传递函数
例2.1 求f(t)=at/T 函数（a为常数）的Z变换。 解：根据Z变换定义有
F ( z ) f (kT ) z
k 0 1
k
1 az a z
2
2
a z
k
k
1 z 1 za 1 az
z a
第2章 Z变换及Z传递函数
f (kT ) f (kT T )
k 0 k 0
f (kT ) f (kT T )
k 0
f (0) f (T ) f (T ) f (0) f (2T ) f (T ) f ( )
第2章 Z变换及Z传递函数
aT k 0
k
F ( ze )
aT
第2章 Z变换及Z传递函数
《计算机控制技术》PPT课件
•
ppt课件
11
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数据传输率可以达到8Gbps。
ppt课件
7
• （4）分散型控制系统
• （Distributed Control System-DCS)
• DCS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。
ppt课件
8
• （5）现场总线控制系统
•
ppt课件
12
3. 基于PC总线的工业控制机常见类型 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。
第一章 绪论
一.计算机控制系统概论 二.工业控制机的组成结构及特点 三.计算机控制系统的发展概述 •
ppt课件
1
一 计算机控制系统概论
1.计算机控制系统及其组成 图示计算机控制系统就是利用计算机(通常称为工业控 制计算机,简称工控机)来实现生产过程自动控制的系统。 偏差 控制量
给定量 + r-
e
u
•
ppt课件
9
二.工业控制机的组成结构及特点
第二章 计算机控制技术
逐位逼近式A/D转换原理
• 一个n位A/D转换器是由n位寄存器、n位
D/A转换器、运算比较器、控制逻辑电路、 输出锁存器等五部分组成。现以4位A/D转 换器把模拟量9转换为二进制数1001为例， 说明逐位逼近式A/D转换器的工作原理。
反馈电压 VO V IN 模拟量 输 入 启动 CLK 控制时序和 逻辑电路 逐位逼近寄 存 器 (SAR) 比较器 VC D / A转 换 器 数字量 输 出 锁存器 D0 D1 D2 D3
采样保持器的工作过程
零阶采样保持器是在两次采样的间
隔时间内，一直保持采样值不变直到 下一个采样时刻。它的组成原理电路
与工作波性如图(a)、(b)所示。
采样保持器由输入输出缓冲放大器
A1、A2和采样开关S、保持电容CH等 组成。采样期间，开关S闭合，输入电
压VIN通过A1对CH快速充电，输出电
压VOUT跟随VIN变化；保持期间，开关
第一节 信号的采样与复现
• 生产过程的状态和参数输入到计算机
是通过采样来完成的，采样保留了连 续信号在采样时刻的信息，而不计采 样间隔之间的信息。 • 采样频率高时，采到的信号密集，采 样信号就可以近似代表原来的连续信 号。
信号的采样与重构
• 控制系统中信号的分类
– 模拟信号：信号是时间的连续函数 – 离散信号：信号是时间上的离散序列 • 采样 计算机每隔一定时间T采入一次模拟信号 的瞬时值的过程，我们称之为采样，时间 间隔 T称为采样周期。采样过程也称为连 续信号的时间离散化过程。
2、转换精度（误差）
实际输出值与理论值之间的最大偏 差，转换精度反映了一个实际A/D转 换器与一个理想A/D转换器的差值。
注：即使分辨率很高，但是可能由于温
计算机控制技术第21讲
第四章 计算机控制系统分析
输入信号作用下的稳态误差
离散系统与连续系统的稳态误差系数
误差系数
Kp
连续系统
lim DsG s
s0
Kv
lim sDsG s
s0
Ka
lim s2D sG s
s0
离散系统的稳态误差
离散系统
lim D zG z
z1
1 lim z 1 D zG z
当输入信号为单位脉冲信号 t时，系统的输出为：
中国矿业大学
信息与电气工程学院
李会军
12
第四章 计算机控制系统分析
朱利-阿斯特隆姆稳定判据 离散系统的特征方程： z a0zn a1zn1 an1z an 0 ， 构造朱利表：
a0 a1 a2 —）an an1 an2
F z
z
Ar
z z1 r
z
Ar 1
z1 r1
A1 Ar1 z z1 z zr1
An z zn
其中，Ar1, Ar2, , An是非重根项的系数，可使用步骤1中的方法进行计算。 重根项的系数计算方法如下
Ar
z
z1 r
F
z
计算机控制技术第21 讲
第二章 计算机控制系统的信号
理想采样信号的频域特性
理想采样信号的频谱
理想采样信号：f
* t
f
t T
t
f
t
k
t
kT
f
t
1 T
k
e
jkst
对理想采样信号进行傅里叶变换，得到其频谱如下：
第2章 计算机控制课件
2.1输入输出接口概述
过程通道起到了CPU和被控对象之间的信息传送和变换 的桥梁作用。包括模拟输入通道、模拟输出通道、数字输入 通道和数字输出通道四种，如图2-1所示。
图2-1 过程通道组成结构图
18:11
3
§第二章 输入输出接口与过程通道技术 输入输出接口概述
表2-1 生产过程输入输出信息来源与用途
信号调理
仪表放大器与普通运算放大器区别：
运算放大器只是在信号为单纯有效，而没有干 扰的情况下方可用于小信号放大；
普通运算放大器对于来自信号源的共模干扰信号 不能有效地起到抑制作用；
仪表放大器（测量放大器）具有高输入阻抗，低 输出阻抗，强抗共模干扰能力，低温漂、低失调电压 和高稳定增益。
仪表放大器广泛应用于微弱信号的检测系统中， 作为前置放大器；
信信号号调调理理
1. 桥式电路
电桥电路是 最常见的信号调 理电路之一，通 常用于微电压、 热电偶和应变测 量中。
I =1mA R16=R21=10kΩ R24=RRP2=100Ω
其它电阻≤200Ω
I1=I2≈0.5mA。
18:11
图2-3 热电偶变送器输入电路
24
§§第第二二章章输入过输程出接通口道与技过程术通道技术
工业自动化仪表采用的变送器大多是DDZ-Ⅲ型电动单 元组合仪表，采用线性集成电路，其输出信号为4～20mA的 国际标准。
18:11
41
§第二章 输入输出接口与过程通道技术
信号调理
(1)无源I／V变换 无源IIV变换主要是利用无源器件电阻来实现，并加滤 波和输出限幅等保护措施，
对于0～10mA输入信号，可取 R1=100Ω，R2=500 Ω ，且R2为精密电 阻， 这样当输入的I为0～10mA电流 时，输出的V为0～5V；
过程通道起到了CPU和被控对象之间的信息传送和变换 的桥梁作用。包括模拟输入通道、模拟输出通道、数字输入 通道和数字输出通道四种，如图2-1所示。
图2-1 过程通道组成结构图
18:11
3
§第二章 输入输出接口与过程通道技术 输入输出接口概述
表2-1 生产过程输入输出信息来源与用途
信号调理
仪表放大器与普通运算放大器区别：
运算放大器只是在信号为单纯有效，而没有干 扰的情况下方可用于小信号放大；
普通运算放大器对于来自信号源的共模干扰信号 不能有效地起到抑制作用；
仪表放大器（测量放大器）具有高输入阻抗，低 输出阻抗，强抗共模干扰能力，低温漂、低失调电压 和高稳定增益。
仪表放大器广泛应用于微弱信号的检测系统中， 作为前置放大器；
信信号号调调理理
1. 桥式电路
电桥电路是 最常见的信号调 理电路之一，通 常用于微电压、 热电偶和应变测 量中。
I =1mA R16=R21=10kΩ R24=RRP2=100Ω
其它电阻≤200Ω
I1=I2≈0.5mA。
18:11
图2-3 热电偶变送器输入电路
24
§§第第二二章章输入过输程出接通口道与技过程术通道技术
工业自动化仪表采用的变送器大多是DDZ-Ⅲ型电动单 元组合仪表，采用线性集成电路，其输出信号为4～20mA的 国际标准。
18:11
41
§第二章 输入输出接口与过程通道技术
信号调理
(1)无源I／V变换 无源IIV变换主要是利用无源器件电阻来实现，并加滤 波和输出限幅等保护措施，
对于0～10mA输入信号，可取 R1=100Ω，R2=500 Ω ，且R2为精密电 阻， 这样当输入的I为0～10mA电流 时，输出的V为0～5V；
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
典型的工控机由加固型工业机箱、工业电源、主机板、显示板、 硬盘驱动器、光盘驱动器、各类输入/输出接口模块、显示器、 键盘、鼠标、打印机等组成。
5
自动化教研室
主机 板
人-机 接口
系统 支持
磁盘 系统
通信 接口
外部总线
内部总线
模拟量 输入通道
AI
模拟量 输出通道
AO
数字量 输入通道
DI
数字量 输出通道
4
自动化教研室
2.1.1 IPC的组成与特点
工业控制计算机也称为工业计算机（IPC）,简称工控机。 它 主要用于工业过程测量、控制、数据采集等。 以工控机为核心的测量和控制系统，处理来自工业系统的输入 信号，再根据控制要求将处理结果输出到执行机构，去控制生 产过程，同时对生产进行监督和管理。
⒈IPC硬件组成
❖ 工业控制计算机采用内部总线母板结构，母板上各插槽的 引脚都连接在一起，组成系统的多功能模板插入接口插槽， 由内部总线完成系统内各模板之间的信息传送，从而构成 完整的计算机系统。各种型号的计算机都有自身的内部总 线。
❖ 目前工控领域应用较多的内部总线有STD总线、ISA总线 和PCI总线。
13
自动化教研室
7
自动化教研室
⑶人-机接口 人-机接口包括显示器、键盘、打印机以及专用操作显示台等。 通过人-机接口设备，操作员与计算机之间可以进行信息交换。
⑷通信接口 通信接口是工业控制机与其它计算机和智能设备进行信息传 送的通道。常用的通信接口有IEEE-488并行接口、RS-232C 和RS485串行、USB总线接口。
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、编译程序、编辑程序、调试程序、诊断程序等。
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。通
常包括过程输入输出程序、过程控制程序、人-机接口程序、打印
显示程序和公共子程序等。
10
自动化教研室
⒊IPC的特点
❖ 主要特点：
❖ ①PCI总线时钟为33MHz，与CPU时钟无关，总线带宽为32 位，可扩充到64位。
❖ ②PCI传输率高：最大传输率为133MB/s（266MB/s），能提 高硬盘、网络界面卡的性能；充分发挥影像、图形及各种高 速外围设备的性能。
❖ ③PCI采用数据线和地址线复用结构，减少了总线引脚数，从 而节省线路空间，降低设计成本。
8
自动化教研室
⑸输入/输出模板 工控机和生产过程之间进行信号传递和变换的连接通道。 包括模拟量输入通道（AI）、模拟量输出通道（AO）、数字量输 入通道（DI）、数字量输出通道（DO）。
⑹系统支持
①监控定时器：俗称“看门狗”（Watchdog）；
②电源掉电监测；
③后备存储器；
④实时日历时钟。
⑺磁盘系统
第2章 工业控制计算机
1
自动化教研室
整体 概述
一 请在这里输入您的主要叙述内容
二
请在这里输入您的主要 叙述内容
三 请在这里输入您的主要叙述内容
2
2.1 工控机 2.2 可编程控制器 2.3 嵌入式系统
3
自动化教研室
2.1.1 IPC的组成与特点 2.1.2 IPC的内部总线 2.1.3 IPC的外部总线 2.1.4 IPC输入/输出模板 2.1.5 IPC的主要产品
15
自动化教研室
⒊Compact PCI总线
❖ Compact PCI 总线标准由PICMG于1995年正式发布。 Compact PCI的意思是“坚实的PCI”，它采用与标准PCI相同 的电气规范, 所以可使用与传统PCI系统相同的芯片、防火墙 和相关软件。
❖ 1989年，COMPAQ 公司联合 HP，AST 等 9家计算机公司，在 ISA 总线基础上，推出了适应 32位微处理器的系统总线标准 EISA 总线标准。
14
总线是介于CPU芯片级总线与系统总线之间的一级总线。 外设通过局部总线与CPU的数据传输率得以大大提高。PCI总 线支持64位数据传送、多总线主控模块和线性猝发读写和并 发工作方式。
DO
图2.1 IPC系统基本框图
6
自动化教研室
⑴主机板
工业控制机的核心，由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、 ROM）和I/O接口等部件组成。主机板的作用是将采集到的实时 信息按照预定程序进行必要的数值计算、逻辑判断、数据处理， 及时选择控制策略并将结果输出到工业过程 。
⑵系统总线 系统总线可分为内部总线和外部总线。 内部总线是工控机内部各组成部分之间进行信息传送的公共通 道，是一组信号线的集合。 外部总线是工控机与其它计算机和智能设备进行信息传送的公 共通道。
成。 这里的系统总线不是指中央处理器内部的三类总线，而是指
系统插件板交换信息的板级总线。
这种系统总线就是一种标准化的总线电路，它提供通用的电 平信号来实现各种电路信号的传递。
总线标准实际上是一种接口信号的标准和协议。
12
自动化教研室
❖ 内部总线是指计算机内部各功能模块间进行通信的总线， 也称为系统总线，是构成完整计算机系统的内部信息枢纽。
⒈ISA 总线
IBM PC 总线是针对 Intel8088微处理器而设计的，其第一个标 准是 PC/XT 总线，它定义了8位数据线和 20位地址和若干条控 制线，共 62引脚。
❖ 为了和 Intel80286 16位机兼容，对 XT 总线在电气和机械特性 上作了较大的扩充，在原来 62引脚的基础上增加了一个 36引 脚插座而形成 AT 总线。AT 总线将数据总线扩展为16位，地址 总线扩展到 24位，将中断扩充到 15个并提供了中断共享功能， DMA 通道也扩充到 8个。AT总线也称 ISA 总线标准。
⑴可靠性高； ⑵实时性好； ⑶环境适应性强； ⑷丰富的输入输出模板； ⑸系统扩充性和开放性好； ⑹控制软件包功能强； ⑺系统通信功能强； ⑻冗余性。
11
自动化教研室
2.1.2 IPC的内部总线
IPC由多个不同功能的插件板与主机板共同构成，插件板采用 大规模集成电路LSI芯片作为核心。
构成系统的各类插件板之间的互联和通信通过系统总线来完
半导体虚拟磁盘，软盘,硬盘或USB磁盘 9
自动化教研室
⒉IPC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，如美国
Intel公司的iRMX86实时多任务操作系统。除了实时多任务操作系
统以外，也常使用MS-DOS，特别是Windows软件。
5
自动化教研室
主机 板
人-机 接口
系统 支持
磁盘 系统
通信 接口
外部总线
内部总线
模拟量 输入通道
AI
模拟量 输出通道
AO
数字量 输入通道
DI
数字量 输出通道
4
自动化教研室
2.1.1 IPC的组成与特点
工业控制计算机也称为工业计算机（IPC）,简称工控机。 它 主要用于工业过程测量、控制、数据采集等。 以工控机为核心的测量和控制系统，处理来自工业系统的输入 信号，再根据控制要求将处理结果输出到执行机构，去控制生 产过程，同时对生产进行监督和管理。
⒈IPC硬件组成
❖ 工业控制计算机采用内部总线母板结构，母板上各插槽的 引脚都连接在一起，组成系统的多功能模板插入接口插槽， 由内部总线完成系统内各模板之间的信息传送，从而构成 完整的计算机系统。各种型号的计算机都有自身的内部总 线。
❖ 目前工控领域应用较多的内部总线有STD总线、ISA总线 和PCI总线。
13
自动化教研室
7
自动化教研室
⑶人-机接口 人-机接口包括显示器、键盘、打印机以及专用操作显示台等。 通过人-机接口设备，操作员与计算机之间可以进行信息交换。
⑷通信接口 通信接口是工业控制机与其它计算机和智能设备进行信息传 送的通道。常用的通信接口有IEEE-488并行接口、RS-232C 和RS485串行、USB总线接口。
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、编译程序、编辑程序、调试程序、诊断程序等。
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。通
常包括过程输入输出程序、过程控制程序、人-机接口程序、打印
显示程序和公共子程序等。
10
自动化教研室
⒊IPC的特点
❖ 主要特点：
❖ ①PCI总线时钟为33MHz，与CPU时钟无关，总线带宽为32 位，可扩充到64位。
❖ ②PCI传输率高：最大传输率为133MB/s（266MB/s），能提 高硬盘、网络界面卡的性能；充分发挥影像、图形及各种高 速外围设备的性能。
❖ ③PCI采用数据线和地址线复用结构，减少了总线引脚数，从 而节省线路空间，降低设计成本。
8
自动化教研室
⑸输入/输出模板 工控机和生产过程之间进行信号传递和变换的连接通道。 包括模拟量输入通道（AI）、模拟量输出通道（AO）、数字量输 入通道（DI）、数字量输出通道（DO）。
⑹系统支持
①监控定时器：俗称“看门狗”（Watchdog）；
②电源掉电监测；
③后备存储器；
④实时日历时钟。
⑺磁盘系统
第2章 工业控制计算机
1
自动化教研室
整体 概述
一 请在这里输入您的主要叙述内容
二
请在这里输入您的主要 叙述内容
三 请在这里输入您的主要叙述内容
2
2.1 工控机 2.2 可编程控制器 2.3 嵌入式系统
3
自动化教研室
2.1.1 IPC的组成与特点 2.1.2 IPC的内部总线 2.1.3 IPC的外部总线 2.1.4 IPC输入/输出模板 2.1.5 IPC的主要产品
15
自动化教研室
⒊Compact PCI总线
❖ Compact PCI 总线标准由PICMG于1995年正式发布。 Compact PCI的意思是“坚实的PCI”，它采用与标准PCI相同 的电气规范, 所以可使用与传统PCI系统相同的芯片、防火墙 和相关软件。
❖ 1989年，COMPAQ 公司联合 HP，AST 等 9家计算机公司，在 ISA 总线基础上，推出了适应 32位微处理器的系统总线标准 EISA 总线标准。
14
总线是介于CPU芯片级总线与系统总线之间的一级总线。 外设通过局部总线与CPU的数据传输率得以大大提高。PCI总 线支持64位数据传送、多总线主控模块和线性猝发读写和并 发工作方式。
DO
图2.1 IPC系统基本框图
6
自动化教研室
⑴主机板
工业控制机的核心，由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、 ROM）和I/O接口等部件组成。主机板的作用是将采集到的实时 信息按照预定程序进行必要的数值计算、逻辑判断、数据处理， 及时选择控制策略并将结果输出到工业过程 。
⑵系统总线 系统总线可分为内部总线和外部总线。 内部总线是工控机内部各组成部分之间进行信息传送的公共通 道，是一组信号线的集合。 外部总线是工控机与其它计算机和智能设备进行信息传送的公 共通道。
成。 这里的系统总线不是指中央处理器内部的三类总线，而是指
系统插件板交换信息的板级总线。
这种系统总线就是一种标准化的总线电路，它提供通用的电 平信号来实现各种电路信号的传递。
总线标准实际上是一种接口信号的标准和协议。
12
自动化教研室
❖ 内部总线是指计算机内部各功能模块间进行通信的总线， 也称为系统总线，是构成完整计算机系统的内部信息枢纽。
⒈ISA 总线
IBM PC 总线是针对 Intel8088微处理器而设计的，其第一个标 准是 PC/XT 总线，它定义了8位数据线和 20位地址和若干条控 制线，共 62引脚。
❖ 为了和 Intel80286 16位机兼容，对 XT 总线在电气和机械特性 上作了较大的扩充，在原来 62引脚的基础上增加了一个 36引 脚插座而形成 AT 总线。AT 总线将数据总线扩展为16位，地址 总线扩展到 24位，将中断扩充到 15个并提供了中断共享功能， DMA 通道也扩充到 8个。AT总线也称 ISA 总线标准。
⑴可靠性高； ⑵实时性好； ⑶环境适应性强； ⑷丰富的输入输出模板； ⑸系统扩充性和开放性好； ⑹控制软件包功能强； ⑺系统通信功能强； ⑻冗余性。
11
自动化教研室
2.1.2 IPC的内部总线
IPC由多个不同功能的插件板与主机板共同构成，插件板采用 大规模集成电路LSI芯片作为核心。
构成系统的各类插件板之间的互联和通信通过系统总线来完
半导体虚拟磁盘，软盘,硬盘或USB磁盘 9
自动化教研室
⒉IPC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，如美国
Intel公司的iRMX86实时多任务操作系统。除了实时多任务操作系
统以外，也常使用MS-DOS，特别是Windows软件。