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工业控制计算机
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2.1 工控机
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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
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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。
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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。 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。
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。
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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。
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⒉PCI总线
PCI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。
❖ 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
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。 ❖ 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。
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。
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❖ 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。
❖ 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。
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⒈ISA 总线
❖ 将一个标准PCI插卡转化成Compact PCI 插卡几乎不需重新设 计，只需对物理连接进行重新分布。
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⒋PC/104总线
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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。
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⒊IPC的特点
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。
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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
图2.1 IPC系统基本框图
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内部总线
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。
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⑸输入/输出模板 工控机和生产过程之间进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 半导体虚拟磁盘，软盘,硬盘或USB磁盘
⒈IPC硬件组成
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。
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主机 板
人-机 接口
系统 支持
磁盘 系统
通信 接口
外部总线
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
DO