第04章常用工业控制计算机简介
什么是工业控制计算机
一、工业控制计算机的概念工业控制计算机OPC.也称产业电脑、工业计算机、产业计算机)即是指对工业生产过程及其机电设备、工艺装备进行测量与控制用的计算机，简称工控机，英文简称IPC.全称Industrial Personal Computer。
工控机通俗地说就是专门为工业现场而设计的计算机。
工业控制计算机是工业自动化设备和信息产业基础设备的核心。
传统意义上，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，包括计算机和过程输入、输出通道两部分。
但今天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。
因此，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的增强型个人计算机，因此也简称工控机。
工控机之所以大受欢迎，其根本原因在于PC机的开放性。
其硬件和软件资源极其丰富，并且为工程技术人员和广大用户所熟悉。
基于PC的(包括嵌入式PC)控制系统，正以20以上的速率增长，并且已经成为DCS、PLC未来发展的参照物。
二、工控机的特点IPC是一种加固的增强型个人计算机，它可以作为一个工业控制器在工业环境中可靠运行。
早在20世纪80年代初期，美国AD公司就推出了类似IPC的MAC150工控机，随后美国IBM公司正式推出工业个人计算机IBM 7532，接着国内研祥（EVOC）就推出了IPC系列。
由于IPC的性能可靠、软件丰富、价格低廉，在控制系统中异军突起，后来居上，应用日趋广泛。
目前. IPC己被广泛应用于通信、工业控制现场、路桥收费、医疗、环保及人们生活的方方面面。
工控机是根据工业生产的特点和要求而设计的电子计算机，它应用于工业生产中，实现各种控制目的、生产过程和调度管理自动化，以达到优质、实时、高效、低耗、安全、可靠，减轻劳动强度、改善工作环境的目的。
它是自动化仪表的重要分支，也是电子计算机的重要分支。
它主要用于工业过程测量、控制、数据采集等工作。
工业控制用计算机构成与特点
控制机与一般通用计算机相比较，有如下特点：
（一）具有较完善的过程通道，便于将各种形式的信息变换,并完成检测数据输入和控制信息输出。
输入生产过程检测信号有两大类：一类是电压或电流模拟信号:另一类是开关量或数字脉冲量。开关量、脉冲量都属于数字信号。通常检测出的生产过程信号若是模拟量的话,已由一次检测信号经放大、变换后(二次仪表)变为电压0～10伏或变为电0-10mA.这些模拟量必须经过模/数转换器(ADC:Analog-Digital Cnverter)转换成数字量,才能被计算机所接受.
工业控制用计算机构成与特点
工业控制用计算机的构成：
用于工业控制的计算机称为工业控制计算机。简称控制机。它由计算机和过程输入输出（I/O）通过两大部分组成。
计算机是由主机、输入输出设பைடு நூலகம்和外部磁盘机、磁带机等组成。在计算机外部又增加一部分过程输入/输出通道，用来完成工业生产过程的检测数据送入计算机进行处理；另一方面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。由控制器行使对生产设备运行控制。
（1）。用继电器隔离。
（2）。用变压器隔离。
（3）。用光电管隔离。
（四）具有人机联系功能，以便实现人机对话，及时地对生产过程进行必要的干预。生产过程常常会发生意外事故，或生产设备出现问题，控制失灵等，都需要人工停止计算机控制，或发现控制发生偏差，人工可修正控制。
（五）具有能正确反映生产规律的数学模型，其数学模型只能近似反映出生产规律，其近似误差愈小，或者说近似程度愈接近，就愈容易实现生产过程最佳控制，达到增加产量提高产品质量、降低消耗、降低成本的目的。因此，实现计算机控制以后，要不断的改善、修正数学模型，提高数学模型近似程度是一项不可缺少的工作。
工业控制计算机的构成与分类
鼹塑．蛆，工业控制计算机的构成与分类韩冬(龙煤控股公司七台河分公司热电厂，黑龙江七台河154600)脯耍】本文分析了工业控制计算机的硬件组成和软件组成。
对工业控制计算机进行分类。
分析了总线型工控机、嵌入式工撞机、可编程序控制嚣往'L C)、单元武控静j器和智能测控仪表。
鹾罐词】工业控削；计算；硬件；软件；分类工业控制计算机主要用于工业过程的数据采集、监测与控制等。
工业控制计算机是工业自动化设备和信息产业基础设备的核心。
现在进入了第三代紧凑型PC I总线(C om pact P CI)工控机时期。
它通常采用开放式总线结构，将各种过陧通道做成相应的模板或模块，以便与工业现场的各种变送器及执行机构直接连接，配以功能齐全的控制软件，即可构成一套完整的工业控制计算机系统。
工业控制计算机有力地推动工业过程自动化、制造业信息化、仪器仪表虚拟化、公共交通系统的智能化、下—代网络技术基础设备的标准化等发展。
1工业控制计算机的组成结构由于工业控制计算机是在工业环境中使用的计算机系统，需要与控制对象直接接口，因此在计算机系统结构设计方法及使用方面均需考虑现场可能存在的高温、潮湿、粉尘等恶劣环境条件及强电磁干扰。
工业控制计算机包括硬件和软件两部分。
硬件包括主机(C P U、R A M、R O M)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。
软件包括系统软件、支持软件和应用软件。
工业控制计算机的硬件组成：1)主机板。
由中央处理器(CP U)、内存(RA M、R O M)等部件组成的主机板是工业控制计算机的核心。
在控制系统中，主机主要进行必要的数值计算、逻辑判断、数据处理等工作。
2)系统总线。
系统总线分为内部总线和外部总线。
内部总线是工业控制懒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I B M PC总线、M U LTI B U S总线和S TD总线。
常用的工业控制计算机总线
(6) 技术综合性要求高
工业控制计算机应用是系统工程问题。除了要解决计 算机的基本部分以外，还需要解决它如何与被测控对象的 接口，如何适应复杂的工业环境，如何与工艺过程与企业 管理相结合等一系列问题。
以上是工业控制计算机和其它类型计算机相比的区别
5.1.2 微型计算机系统总线的概念
总线：微型计算机系统中信号线的集合，是一种传送规定 信息的公共通道，有时亦称数据公路，通过它可以把各种 数据和命令传送到各自要去的地方。 在微型计算机系统中广泛采用三总线的结构形式 数据总线、地址总线和控制总线。
为了和 Intel 80286等高性能16位微处理器兼容， IBM公司在 PC总线基础上增加了一个36个引脚的 AT扩展插座而形成16位的AT总线，IBM／AT及其 兼容机机箱中，通常在母板上分别设置几个AT插 槽和PC插槽，这种结构也称之为IBM公司的ISA (Industrial Standard Architecture)结构，即工业标准 结构。
4 CompactPCI 工业控制计算机
第五章 工业控制计算机及其接口技术
5.1 概述 5.1.1 工业控制计算机的概念与特点
机电一体化系统中的计算机软、硬件占着相当重要的地位，它往往代表着系统 的先进性和智能特征。因而，把机电一体化系统中的微机软、硬件称之为智能组成 要素。一般微型机往往在实验室、办公室或在家庭中使用，而机电一体化系统中的 微型机通常在条件不比较恶劣的条件下使用，必须采用工业控制机或按工业环境要 求设计的微型机、其要求是可靠性高、抗干扰能力强、环境适应能力好。
1. 工业控制计算机的概念
一般的把适合于工业环境使用的微型计算机系统称之为工业控制计算机。一 般也叫IPC[Industry Personal Computer]。严格说来，所谓工业控制计算机，是指那 些满足下述条件的计算机系统： · 能够提供各种数据采集和控制功能。 · 能够和工业对象的传感器、执行机构直接接口。 · 能够在苛刻的工业环境下可靠运行。
工业控制计算机有哪些类型
工控机是专门为工业控制设计的计算机，用于对生产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，由于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，因此需要单独定制才能满足需求。
工控机的种类众多，常见的有以下五种：
1、IPC（PC总线工业电脑）IPC是基于PC总线的工业电脑，价格低、质量高、产量大、软/硬件资源丰富，因此使用广泛，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，并采取全钢机壳、机卡压条过滤网，双正压风扇等设计，具有可靠性、实时性、扩充性等诸多特点。
2、PLC（可编程序控制器）它是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统，采用可编程的存储器，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，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。
3、DCS（分散型控制系统）又称分布式控制系统，它是一种高性能、高质量、低成本、配置灵活的分散控制系统系列产品，可以构成各种独立的控制系统、分散控制系统DCS、监控和数据采集系统，满足各种工业领域对过程控制和信息管理的需求。
4、FCS（现场总线系统）这是一种全数字串行、双向通信系统，系统内测量和控制设备如探头、激励器和控制器可相互连接、监测和控制。
在工厂网络的分级中，它既作为过程控制和应用智能仪表的局部网，又具有在网络上分布控制应用的内嵌功能，是常用的工控机之一。
5、CNC（数控系统）全称是数字控制系统，是根据计算机存储器中存储的控制程序，执
行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统，通过利用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制位置、角度、速度等机械量和开关量等。
工业控制计算机组成原理
工业控制计算机组成原理
工业控制计算机是一种特殊用途的计算机，其主要用于工业自动化领域。
工业控制计算机的组成原理包括以下几个方面：
1.中央处理器：工业控制计算机的中央处理器可以是普通的计算机CPU，也可以是专门设计的工业CPU。
中央处理器负责执行指令、进行数据处理和控制操作。
2.存储器：工业控制计算机的存储器包括内存和外存。
内存用于存储程序和数据，外存用于长期存储程序和数据。
3.输入输出设备：工业控制计算机的输入输出设备包括键盘、鼠标、显示器、打印机等。
这些设备用于与用户交互，并将结果输出到外部设备或显示器上。
4.总线结构：工业控制计算机的总线结构包括数据总线、地址总线和控制总线。
数据总线用于传输数据，地址总线用于传输内存地址，控制总线用于传输控制信号。
5.操作系统：工业控制计算机的操作系统通常是专门设计的实时操作系统。
实时操作系统能够对实时任务进行及时响应和处理，从而保证工业控制计算机的稳定性和可靠性。
以上是工业控制计算机的组成原理，这些组成部分相互协作，共同完成工业自动化控制任务。
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工业控制计算机3篇
工业控制计算机1. 工业控制计算机的基础知识随着科技的不断发展，工业控制计算机在现代工业生产中扮演了至关重要的角色。
工业控制计算机是一种专门用于工业控制领域的计算机设备，其主要功能是收集和处理工业控制现场的各种数据信号，并通过相关的控制算法来实现对工业生产过程的监控和调节。
本文将介绍工业控制计算机的基础知识。
1.1 工业控制计算机的构成工业控制计算机是由以下几个部分构成的：(1) 主机：包括处理器、主板、内存和硬盘等。
(2) 输入输出设备：包括键盘、鼠标、显示器、触摸屏、打印机、扫描仪等。
(3) 扩展板：根据需求可以加装不同的扩展板，如采样卡、通讯卡、控制卡等。
1.2 工业控制计算机的功能(1) 数据采集：通过各种传感器、执行器等设备实现对工业控制现场的各种数据信号的采集。
(2) 数据处理：将采集到的数据传输至计算机后，进行处理、分析和分类，并生成相应的数据报表。
(3) 控制算法：通过将数据与预设参数进行比对，实现对工业生产过程的监控和调节。
(4) 系统管理：对工业控制计算机进行管理，包括操作系统的安装、软件的更新、数据备份等等。
1.3 工业控制计算机的应用领域工业控制计算机广泛应用于自动化生产的各个领域，如电力、制造业、石化、交通运输等行业。
在电力行业中，工业控制计算机可用于智能电网，实现对电网的监测、控制和管理；在制造业中，工业控制计算机可用于生产线的控制和优化，提高生产效率；在石化行业中，工业控制计算机可用于炼油、化工等领域的生产控制；在交通运输行业中，工业控制计算机可用于轨道交通、高速公路等设施的自动化控制。
1.4 工业控制计算机的优缺点(1) 优点：工业控制计算机具有高度的实时性和稳定性，能够满足工业生产的高标准和高要求。
(2) 缺点：工业控制计算机的价格较高，同时由于其应用的环境较为苛刻，需要进行专门的防尘、防水等措施。
2. 工业控制计算机的选型和应用工业控制计算机的选型和应用至关重要。
工业控制计算机
2.1 IPC工控机的组成结构
☺工控机硬件组成 ☺工控机的软件组成 ☺IPC工控机的特点
工业控制计算机 (IPC)
计算机控制技术
1. IPC工控机硬件组成
硬件:主机板（CPU、内存储器）、系统总线、过程输入输出通道、 人机接口、通信设备、系统支持板、磁盘系统。
主机 板 人-机 接口 系统 支持 磁盘 系统 通信 接口
工业控制计算机 (IPC)
计算机控制技术
凌华工控机
RACK-410S 系列
RACK-400L 系列
工业控制计算机 (IPC)
计算机控制技术
研华主板PCA-6185
工业控制计算机 (IPC)
计算机控制技术
工控机结构特点
• 全钢机箱
工控机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。
双冷却风扇建立 空气正压力，经 过滤的空气在机 箱内流通 300W工业开关电源 可拆卸式光驱、软 驱框架
加固型金属机箱
带可拆卸空气 过滤器的面板
电源on/off键
电源、硬盘及键盘的状态指示灯 RESET键、KEYBOARD-LOCK键
防尘与保证运行安全的带锁门
工业控制计算机 (IPC)
计算机控制技术
计算机控制技术
第2章 工业控制计算机 (IPC)
计算机控制技术
主要内容：
• • • • • 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 IPC工控机的组成结构 IPC总线结构 IPC工控机输入/输出模板 单片机 可编程控制器（PLC）
工业控制计算机 (IPC)
计算机控制技术
IPC：工业个人计算机（Industrial Personal Computer） 是一种加固的增强型个人计算机，它可以作为一 个工业控制器在工业环境中可靠运行。 主要用于工业过程测量、控制、数据采集 等工作 。 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。
工业控制计算机基本构造原理
现场设备互联
依据实际需要使用不同的传输介质把不同的现场设备或者现场仪 表相互关联。
互操作性
用户可以根据自身的需求选择不同厂家或不同型号的产品构成所 需的控制回路，从而可以自由地集成FCS。
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3.4现场总线系统（FCS）
分散功能块
（3）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。
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2.1工控机的硬件组成
（4）系统支持板
监控定时器：“看门狗”（Watchdog）； 电源掉电检测； 保护重要数据的后备存储器； 实时日历时钟；
（5）磁盘系统
可用半导体虚拟磁盘，也可以用通用配置的机械硬盘。
（6）通信接口
（8）其他硬件组成
加固型工业机箱、工业电源、打印机等。
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2.1工控机的硬件组成----主要配件
工控机机箱：
全钢机箱（一般0.8~1.2mm厚度）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。 （一）高度一般分1U（44mm*430mm*XX）， 2U（88mm*430mm*XX），3U，4U，5U，6U ，7U，8U等，一个1U的高度是44mm，其他高 度依次类推； （ 二 ） 长 度 ： 国 际 标 准 的 长 度 有 两 种 450mm 与 505mm，根据客户的具体要求还可以扩分其他 长 度 ， 比 如 ： 480mm ， 500mm ， 520mm ， 530mm，600mm8 等
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3.2可编程序控制器（PLC）
PLC控制器本身的硬件采用积木式结构， 有母板，数字I/O模板，模拟I/O模板， 还有特殊的定位模板，条形码识别模板 等模块，用户可以根据需要采用在母板 上扩展或者利用总线技术配备远程I/O从 站的方法来得到想要的I/O数量。
工业控制计算机
工业控制计算机工业控制计算机是指在工业控制领域中使用的计算机设备，也称为工业计算机。
它是一个功能强大的计算机系统，专门用于控制和管理工业生产过程，具有高可靠性、高安全性和高稳定性等特点。
一、工业控制计算机的组成工业控制计算机由计算机主机、外部输入输出设备、操作系统和应用软件组成。
1、计算机主机计算机主机是工业控制计算机的核心部件，它包括主板、CPU、内存、硬盘、电源、接口卡等组件。
计算机主机采用工业级的设计标准，在工业环境下具有高可靠性和高稳定性。
2、外部输入输出设备外部输入输出设备是工业控制计算机与周边设备进行数据交互的重要组成部分。
输入设备主要包括键盘、鼠标和触摸屏等，输出设备主要包括显示器、打印机和声音设备等。
3、操作系统工业控制计算机一般采用专门的工业操作系统，如Windows embedded、Linux、VxWorks等。
这些操作系统具有高度的可定制性、可靠性和安全性，适合于工业环境的应用。
4、应用软件工业控制计算机根据不同的应用需求安装不同的应用软件，如PLC编程软件、SCADA软件、HMI软件等，这些软件可以根据需求进行自定义开发，以满足工业生产需求。
二、工业控制计算机的应用领域工业控制计算机广泛应用于各种工业控制领域，包括生产线自动化、机床控制、仓储物流、航空航天、半导体生产等。
工业控制计算机可以实现生产过程的监控、调度、控制和管理，从而提高生产效率、质量和安全性。
三、工业控制计算机的优点1、高可靠性：工业控制计算机采用工业级的设计标准，在工业环境下具有高可靠性和高稳定性。
2、高稳定性：工业控制计算机采用专门的工业操作系统，具有高度的可定制性、可靠性和安全性，能够确保稳定运行。
3、高安全性：工业控制计算机采用定制的硬件和软件，可以有效保护系统的安全，防止系统遭受攻击和破坏。
4、高性能：工业控制计算机采用优秀的处理器和存储设备，可以快速地完成各种复杂的工业控制任务。
5、可定制性：工业控制计算机具有高度的可定制性，可以根据不同的应用需求进行自定义开发，以满足各种工业生产需求。
工业控制计算机
工业控制计算机在当今高度自动化的工业生产领域，工业控制计算机扮演着至关重要的角色。
它就像是工业生产的“大脑”，指挥着各种设备和流程高效、精准地运行。
那么，究竟什么是工业控制计算机呢？简单来说，工业控制计算机是一种专门为工业环境设计和制造的计算机系统。
与我们日常使用的个人电脑不同，它具有更强的稳定性、可靠性和抗干扰能力，能够在恶劣的工业环境中长时间稳定运行。
工业控制计算机的外观通常比较坚固耐用，采用了特殊的机箱设计，能够有效地防尘、防水、防震。
其内部的硬件组件也经过了精心挑选和优化，以适应高温、高湿度、强电磁干扰等极端条件。
例如，主板采用了高品质的电子元件，能够在宽温范围内正常工作；硬盘通常采用固态硬盘，以提高数据的读写速度和稳定性；电源也具备过压、过流保护等功能，确保系统的供电稳定。
在性能方面，工业控制计算机虽然不像高端游戏电脑那样追求极致的运算速度，但它需要具备足够的处理能力来实时处理大量的工业数据。
它能够快速采集和分析来自传感器、仪器仪表等设备的信号，然后根据预设的控制算法，及时发出控制指令，驱动执行机构完成相应的动作。
工业控制计算机的应用领域非常广泛。
在制造业中，它可以用于自动化生产线的控制，实现生产过程的自动化、智能化，提高生产效率和产品质量。
比如在汽车制造厂里，工业控制计算机可以精确控制机器人的动作，完成车身焊接、喷漆等工序；在电子工厂里，它可以监控生产设备的运行状态，及时发现故障并进行报警，减少生产损失。
在能源领域，工业控制计算机可以用于电力系统的监控和调度，保障电网的安全稳定运行。
它能够实时采集变电站、发电厂等设备的运行数据，进行分析和处理，实现对电力系统的远程监控和控制。
在石油化工行业，它可以用于化工生产过程的控制，确保生产过程的安全可靠。
在交通运输领域，工业控制计算机也发挥着重要作用。
例如在铁路系统中，它可以用于列车的运行控制和信号系统，保障列车的安全运行；在航空领域，它可以用于飞机的飞行控制系统，提高飞行的安全性和准确性。
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
01
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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
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。
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
…
77
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
第04章常用工业控制计算机简介解析
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CD音频输入 I/O 控制芯片CNR
插槽 AGP插槽 北桥芯片i850 5个PCI插槽 DIP开关 主板电池 BIOS Flash芯片 南桥芯片ICH2 RAID功能芯片 前置USB插座 板载声卡芯片 前置面板插座 主板自检状态 软驱插座
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第04章 常用工业控制计算机简介
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第04章 常用工业控制计算机简介
⑤ 采用总线的优点：
➢简化了系统结构 ➢简化了硬件与软件的设计 ➢便于系统的扩充与更新 ➢便于组织生产，提高产品质量，降低产品造价 ➢可维护性好
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第04章 常用工业控制计算机简介
3. 总线标准
① 总线标准的含义
➢对于总线上的各个单元如芯片之间、扩展卡之间以及系 统之间，如果要进行正确的连接与传输信息，就应遵守一 些协议与规范，这些协议与规定就被称为总线标准。
（4）自动配置功能
PCI总线标准为PCI接口提供了一套完整的自动配置功能，使PCI接口所需要 的各种硬件资源如中断、内存、I/O地址等通过即插即用的BIOS在系统启动 时进行自动配置，达到对计算机资源的优化使用和合理配置，从而使PCI接 口达到真正的即插即用（(PnP)目的，使接口的设计和应用更加简单容易。
升技TH7Ⅱ-RAID P4主板配置图
音频插座 鼠标键盘插座 USB接口 串口并口 ATX12V电源
CPU Socket 478
主板辅助电源 RIMM A1 RIMM B1 RIMM A2 RIMM B2 ATX电源 IDE4插座 IDE3插座 IDE2插座 IDE1插座
7
第04章 常用工业控制计算机简介
总线结构
《工业控制计算机》PPT课件
全长主板(PCI)
ppt课件
23
工业控制计算机的主板
半长主板(Advantech PCI-7020)
ppt课件
24
第三章 工业控制计算机
概述 工业控制计算机的组成及特点 工业控制计算机的主板 工业控制计算机的接口 工业组态软件 基于工控机的控制系统应用
ppt课件
25
工业控制计算机的接口
▪ 模拟量输入/输出(AI/AO) ▪ 数字量输入/输出(DI/DO) ▪ 计数/定时(C/T，Counter/Timer) ▪ 多功能(AI、AO、DI、DO、 Counter、Timer) ▪ 运动控制(Motion) ▪ 通信(Communication) ▪ 其他
第三章 工业控制计算机
概述
工业控制计算机的组成及特点
工业控制计算机的概念及特点
工业控制计算机的组成
工业控制计算机的总线结构
基于工业控制计算机的机电一体化系统
工业控制计算机的主板
工业控制计算机的接口
工业组态软件
基于工控机的控制系统应用
ppt课件
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工业控制计算机的概念及特点
▪ 概念
• 简称工控机(IPC，Industrial Personal Computer)，主 要用于工业过程测量、控制、数据采集等工作。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。
PCI-1780 + PCL-10168 + ADAM-3968
ppt课件
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多功能(AI、AO、DI、DO、 Counter、Timer)
多功能数据采集卡(Advantech PCI-1716)
工业控制计算机1(14版)
集散型计算机控制系统
集散型计算机控制系统的结构是一个分布式的系统，所以又称分布式计算机 控制系统DCS（Distributed Computer System），基本思想是管理功能集中，控 制功能分散。 1. 集散系统组成
DCS是随着计算机技术、信号处理技术、自动测量和控制技术、通信网络技 术和人机接口技术的发展和相互渗透而产生的，既不同于分散的常规仪表控制系 统，又不同于集中式的计算机控制系统，它是吸收了两者的优点，并在此基础上 发展起来的一个系统工程，具有很强的生命力和显著的优越性。如图7-2所示。
硬件和软件采用开放式、标准化和模块化设计。系统为积木式结构，具有灵活 的配置，可适应不同的测控需要。可根据生产要求，改变系统的大小配置，在工厂改 变生产工艺、生产流程时，只需要改变某些配置和控制方案，而这些改变都不需要修 改或重新开发软件，只是使用组态软件，填写一些新的表格即可实现。
集散控制系统的特点
第四章 工业控制计算机 及集散控制系统1
4.1 工业集散控制系统概述
工业生产自动化的概念
工业生产的自动化控制系统可分为过程控制自动化、制 造工业自动化和混合型工业自动化。
过程控制自动化主要是指大型连续生产的流程工业，如 化工、石油、电力、造纸等行业的生产过程自动化控制与测 量系统。 制造工业自动化是指离散型制造过程，如汽车、电子设 备、机械、飞机等行业及制造、加工配装过程的自动化控制 与测量系统。 混合型制造业 ( 又称间隙过程工业 ) 自动化，如冶金、食 品、玻璃、半导体、轻纺等行业生产过程的自动控制与自动 测量系统。
①单台计算机集中控制了几十个甚至几百个回路，一旦计算机发生故障，将 导致生产流程的全面瘫痪，即控制集中，危险也集中了。
②由于生产流程的控制变量和运算量很大，一台计算机的速度和容量不足， 而用多台计算机，则计算机之间的数据和控制信息的交换比较困难。 ③由于对流程的控制要求不断提高，软件更加庞大、复杂、开发周期长、修 改困难。 因此，人们又逐渐地把注意力转向控制系统的分散化，并要求既具有 DDC的 控制优点。又要解决信息集中管理，危险也集中的矛盾，于是提出了分层控制的 概念，自80年代中期逐步发展为目前的集散控制系统。
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第04章 常用工业控制计算机简介
2. 外部总线
外部总线是指计算机与计算机之间、计算机与远程 终端之间、计算机与外部设备以及测量仪器仪表之间的 信息通路，常称为通信总线。通信总线的数据传输方式 可以是并行的，也可以是串行的，可分别称为并行通信 总线和串行通信总线。
（2）内部总线和外部总线
➢所谓总线就是在模块和模块之间或设备与设备之 间的一组进行互连和传输信息的信号线，信息包括 指令、数据和地址。
➢总线就是一组信号线的集合，用这个集合可以组 成系统的标准信息通道，它定义了各引线的信号、 电气、机械特性，使计算机内部各组成部分之间以 及不同的计算机之间建立信号联系，进行信息传送 和通信。
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⑤ 采用总线的优点：
➢简化了系统结构 ➢简化了硬件与软件的设计 ➢便于系统的扩充与更新 ➢便于组织生产，提高产品质量，降低产品造价 ➢可维护性好
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第04章 常用工业控制计算机简介
3. 总线标准
① 总线标准的含义
➢对于总线上的各个单元如芯片之间、扩展卡之间以及系 统之间，如果要进行正确的连接与传输信息，就应遵守一 些协议与规范，这些协议与规定就被称为总线标准。
第04章 常用工业控制计算机简介
第04章 常用工业控制计算机简介
主要知识点 4.1 总线式工控机 4.2 可编程控制器 4.3 嵌入式计算机系统 4.4 可编程调节器 4.5 其他控制装置
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4.1 总线式工控机（IPC）
总线式工控机，是基于总线技术和模块化结构 的一种专用于工业控制的通用性计算机，一般称 为工业控制计算机，简称为工业控制机 （ Industrial Personal Computer─IPC ）或工 控机（IPC）。
PC总线共有8条数据线、20条地址线（寻址空间为1MB）、 总线时钟频率为4MHz、总线最大传输速率为4MB/s、最大负 载能力为8个、采用半同步的工作方式。
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2）ISA总线
ISA（Industry Standard Architecture）总线是 IBM公司1984年为推出PC/AT机而建立的系统总 线标准，所以也叫AT总线，它是对XT总线的扩 展，以适应8位或16位数据总线要求。它推出后 得到广大计算机同行的认可，兼容这一标准的微 型计算机纷纷问世，直到现在，许多以Pentium 芯片为CPU的计算机上仍然有ISA插槽。
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ISA总线的主要特点
（1）它有比XT总线更强的支持能力，它支持：1K I/O地址 空间（0000H~03FFH）；24位存储器地址；8位或16位数据 存取；15级硬件中断，7级DMA通道；产生I/O等待状态等。
（2）它是一种多主控（Multi Master）总线，除主CPU外， DMA控制器、DRAM刷新控制器和带处理器的智能接口控 制卡都可以成为ISA总线的主控设备（但它只支持一个智能 接口控制卡）。
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CD音频输入 I/O 控制芯片CNR
插槽 AGP插槽 北桥芯片i850 5个PCI插槽 DIP开关 主板电池 BIOS Flash芯片 南桥芯片ICH2 RAID功能芯片 前置USB插座 板载声卡芯片 前置面板插座 主板自检状态 软驱插座
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线。
结构－－全部56根引脚线都有确切的定义。STD总线定义了一个8位微处理器总
Байду номын сангаас
线
标准，其中有8根数据线、16根地址线、22根控制线和10根电源线，可
以兼容各种通用的8位微处理器，如8080、8085、6800、Z80、
NSC800
等。通过采用周期窃取和总线复用技术，还可以定义16根数据
线、24根
地址线，使STD总线升级为8位/16位微处理器兼容总线，可以
（2）不受处理器限制
PCI总线通过CPU局部总线到PCI总线之间的桥接器形成了一种独特的中 间缓冲器设计方式，它将中央处理器子系统与外围设备分开，使PCI总线 具有独立于处理器的结构特点。一般来说，在中央处理总线上增加更多的 设备或部件会降低系统的性能和可靠程度。而有了缓冲器的设计方式，用 户可随意增添外围设备，以扩展电脑系统而不必担心在不同时钟频率下会 导致系统性能的降低。
➢总线标准包括：各个信号线的功能定义、总线工作的时 钟频率、总线系统的结构、总线仲裁机构与配置机构、信 号的逻辑电平、时序要求、电路驱动能力、抗干扰能力、 机械规范（包括接插件的几何形状与尺寸）和实施总线协 议的驱动与管理程序。
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② 常用的总线标准
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1. 内部总线
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➢内部总线－－指IPC内部各个功能模板之间的信息通
路，它是构成完整的计算机系统的内部信息枢纽，也称
系统总线。
➢分类－按功能分数据总线DB/地址总线AB/控制总线 CB/电源总线PB每种型号的计算机都有自身的内部总 线。
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1）PC总线
这里所说的PC总线是狭义的。1982年IBM公司在推出其IBM PC/XT个人计算机时，在其主板上设计有5~8个总线插槽（I/O 通道），用于插入各种适配器以扩展系统的功能，这就是IBM PC/XT总线，简称PC总线。
PC总线共有62条信号线，用双列插槽连接，分A面（元件面） 和B面。PC总线实际上是8088CPU核心电路总线的扩充与重 新驱动。
（4）自动配置功能
PCI总线标准为PCI接口提供了一套完整的自动配置功能，使PCI接口所需要 的各种硬件资源如中断、内存、I/O地址等通过即插即用的BIOS在系统启动 时进行自动配置，达到对计算机资源的优化使用和合理配置，从而使PCI接 口达到真正的即插即用（(PnP)目的，使接口的设计和应用更加简单容易。
容纳16位
微处理器，如8086、68000、80286、80386等。
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① 数据总线
➢数据总线用于CPU与其他部件之间传送信息 （数据和指令代码）。
➢具有三态（高阻、“1”和“0”三种状态）控制 功能，而且是双向传输的，即CPU通过数据总线 可以接收来自其它部件的信息，也可以通过数据 总线向其它部件发送信息。
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4.1.1 IPC结构组成
图4-1 IPC 的硬件组成结构
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一、IPC的硬件组成 IPC的硬件主要由以下内容组成：
（1）主机板:由中央处理器（CPU）、内存储器（RAM、 ROM） 等部件组成，它是IPC的核心 作用：进行数值计算、逻辑判断、数据处理。
➢地址总线的数据位数决定了该总线构成的微机系 统的寻址能力。例如，ISA总线有24位地址线，可 寻址16MB，PCI总线有32位地址线，可寻址到4GB。 地址总线的宽度视CPU所能直接访问的存储空间的 容量而定。
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③ 控制总线
➢根据不同的使用条件，控制总线有的为单向，有 的为双向；有的为三态，有的为非三态。
（3）可支持8种类型的总线周期：8位或16位的存储器读周 期；8位或16位的存储器写周期；8位或16位的I/O读周期，8 位或16位的I/O写周期；中断请求和中断响应周期；DMA周 期；存储器刷新周期；总线仲裁周期。
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3）PCI总线
PCI（Peripheral Component Interconnect）是计 算机外围设备互连的意思。1992年由Intel发布， 很快就成为了商用计算机的总线标准。发展至今， PCI实际上已经不是一个简单的总线标准，而是 一类标准。例如，从使用的电源电压来分，就有 5V和3.3V两个版本；从总线时钟频率来分可以有 33.3MHz和66MHz两种；从总线的宽度来分可以 有32位和64位两种。
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（3）兼容性强
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微机系统内均通过PCI/ISA总线桥实现PCI总线与ISA、VESA及MCA总线的 完全兼容，保证了通用的ISA总线技术到高性能PCI总线的平稳过渡，这正 是PCI总线的生命力所在。并实现不同总线之间的隔离。如当CPU通过局部 总线从Cache中存取数据进行处理时，PCI总线可同时对DRAM进行读写操 作，而ISA总线则可进行I/O操作。
总线结构
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➢结构形式－－一块置于机箱内的无源底板上的多组并列 插槽，各插槽上的同号引脚是电气相连的，从而完成插 入槽内的各功能模板之间的信息传送。 ➢常用总线－－工控领域应用最广的两种总线是STD总线 和PC总线。
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4.1.1 IPC结构组成
主要知识点
➢ 一、IPC的硬件组成 ➢ 二、IPC的软件组成
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IPC 概述