《工业控制计算机》PPT课件
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16第十六章 工业控制计算机
第十六章工业控制计算机内容：16.1控制计算机16.2工业控制计算机16.3 STD总线工业控制机16.4 PC总线工业控制机16.5 PC/104总线嵌入工控机要求：了解控制计算机的构成与分类，工业控制计算机的构成与分类，PC总线工业控制机的特点。
计算机控制系统的核心是控制计算机。
选好合适的控制计算机是实现计算机控制的基础。
随着计算机技术的不断进步，对系统控制功能的要求逐步提高，用于控制的计算机也得到了快速发展。
目前有各种类型的控制计算机，可适应各种系统的需要。
本章及以后几章从应用出发，介绍控制计算机的基本组成和几类常用的控制计算机。
本章介绍控工业控制计算机。
16.1控制计算机计算机控制系统可粗分为两大部分：一是系统的被控对象；另一个就是用于控制的数字计算机。
为与一般用于管理、科学计算的通用计算机相区别，我们称用于实时控制的计算机为控制计算机。
因计算机控制系统所控制对象的复杂程度不同，对控制性能的要求不同，加之计算机技术的不断进步，如今控制计算机的种类有多种。
在设计控制系统时，给控制工程师以更多的选择。
然而，从控制功能的角度看，所有用作控制目的的计算机的基本构成是有共性的。
本节将介绍控制计算机的基本组成及其特点。
16.1.1控制计算机的基本组成控制计算机与被控对象进行信息交换必须借助于与对象相连的过程通道，这就是控制计算机在硬件上与通用计算机的主要不同点。
Fig16.1给出了一般的控制计算机的硬件组成。
Fig16.1中框内是控制计算机的最小系统配置。
最小系统含有计算机的核心CPU、存放数据和程序的RAM/ROM、用于实现实时时钟的定时器、作为模入/模出通道接口的A/D 转换器、D/A转换器、用于开关量（数字量）的输入/输出接口DI/DO。
一般地，最小系统控制计算机是作为嵌入式控制器使用的。
典型的最小系统控制计算机是目前得到广泛应用的各种单片机、DSP控制器等。
低档的可编程序控制器也可看作是最小系统的控制计算机。
工业控制计算机(IPC)PPT课件
VME总线可用以支持多处理器的结构体系，其数据总线由 32根地址线，32根数据线、6根地址修正线和5根控制线所组成
3 、IBM PC系列总线
随着IBM PC微机经历8086/8088，80286，80386， 80486，80586奔腾机的飞跃发展，IBM PC机总线的概 念也从早期的IBM PC机I/O扩展总线(PC-XT总线)发展而产 生ISA(Industry Standard Architecture)总线(PC-AT总线)、 EISA(Extended lndustry Standard Architecture) 总线和PCI(Peripheral Commponent Interconnet)局 部总线。
M otorola 公司
相关 的 IEEE 标准
P970\1096\ P1132
五、 总线分类
根据各总线的特征进行分类，可简单分为传统和现代两 类。
属于传统总线的有：S-100总 线，IBM PC/AT总线， Multibus I总线，STD总线，STE总线，G-64总线，VMEbus 总线，Q-bus总线等。
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。
线(SBX)
板的规范
制标准
M ultibus 796 支持 Intel 公司处理器 中档微处理器系统 Intel 公司 的系统总线
3 、IBM PC系列总线
随着IBM PC微机经历8086/8088，80286，80386， 80486，80586奔腾机的飞跃发展，IBM PC机总线的概 念也从早期的IBM PC机I/O扩展总线(PC-XT总线)发展而产 生ISA(Industry Standard Architecture)总线(PC-AT总线)、 EISA(Extended lndustry Standard Architecture) 总线和PCI(Peripheral Commponent Interconnet)局 部总线。
M otorola 公司
相关 的 IEEE 标准
P970\1096\ P1132
五、 总线分类
根据各总线的特征进行分类，可简单分为传统和现代两 类。
属于传统总线的有：S-100总 线，IBM PC/AT总线， Multibus I总线，STD总线，STE总线，G-64总线，VMEbus 总线，Q-bus总线等。
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。
线(SBX)
板的规范
制标准
M ultibus 796 支持 Intel 公司处理器 中档微处理器系统 Intel 公司 的系统总线
工业控制微型计算机
工业控制微型计算机在智能 交通信号控制系统中发挥着 核心作用，能够实时采集和 处理各种交通数据，根据交 通流量和路况自动调整信号 灯的时长和配时方案，提高 道路通行效率。
智能交通信号控制系统还包 括视频监控、违章抓拍等功 能，这些功能都需要工业控 制微型计算机的支持。
工业控制微型计算机在智能 交通信号控制系统中的应用 ，可以提高道路通行效率， 缓解城市交通拥堵问题，减 少尾气排放和噪音污染，提 升城市居民的生活质量。
选型原则
根据需求分析结果，选择适合的工业 控制微型计算机型号，应遵循高性能 、高可靠性、高稳定性、易维护和扩 展性等原则。
硬件配置与性能评估
处理器
选择具有高性能的处理器，能够快速 处理各种工业控制算法和数据，保证 系统实时性。
01
02
内存
配置足够的内存容量，以满足复杂算 法和大数据处理的需求，提高系统运 行速度。
工业控制微型计算机在自动化生产线控制系统中 的应用，可以大大提高生产线的稳定性和可靠性 ，减少故障率，提高产品质量。
智能交通信号控制系统
智能交通信号控制系统是工 业控制微型计算机在交通领 域的典型应用。通过使用工 业控制微型计算机，可以实 现交通信号的智能化控制， 提高道路通行效率，缓解城 市交通拥堵问题。
专为数字信号处理算法而设计，具有高速 运算能力。
可编程逻辑器件，用于实现定制的数字电 路和系统。
存储器
随机存取存储器（RAM）：用于 存储运行中的程序和数据。
只读存储器（ROM）：存储固 化的程序和数据，不易更改。
闪存（Flash Memory）：非易 失性存储介质，可持久保存数据。
外部存储设备：如硬盘、光盘 、USB等，用于扩展存储容量 。
第2章 工业控制计算机
机 PCI总线、 PC104总线等几种类型工控机，主机CPU类型有80386、
控 80486、Pentium等。本章将详细介绍此类工控机。
制
（2）STD总线工控机 它采用STD总线，主机CPU类型有80386、
80486、Pentium等，另外与STD总线相类似的还有STE总线工控机。
技
（ 3 ） VME 总 线 工 控 机 它 采 用 VME 总 线 ， 主 机 CPU 类 型 以
型
计
算
机
控
制
PCI插槽
技
ISA插槽
术
工业控制计算机
2.2.2 ISA总线标准
微
型 1.概述
计
ISA总线是在XT总线基础上扩充的，即它把XT总线的62线信号扩充为98线。
ISA所扩充的36线信号主要用于寻址范围、数据位数、中断资源以及DMA传
算 输资源的扩充。
机 2.主要性能指标
控 ISA总线的主要性能指标如下：
（4）过程输入和输出配套较好
工业控制计算机
微 （5）系统扩充性好
型
支持各种模块化CPU卡和所有的IBM-PC/XT/AT总线接口板。
模块化﹑插板式，以便安装﹑更换和升级换代。
计 （6）系统开放性
算
开放性好，兼容性好，吸收了PC机的全部功能，可直接运行PC机的各种
机 应用软件。
控 （7）控制软件包功能强
第2章 工业控制计算机
教学重点 : •工控机的主要特点及结构 •PC总线标准规范 •PC总线工控机主要类型、主板及扩展板卡
工业控制计算机
微
工业控制计算机概述
型
工业个人计算机Industrial Personal Computer（简称IPC）
2-工业控制计算机课件
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。常用的内部总线有IBM PC总线和STD 总线。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，常用外部总线有RS-232C、 RS485和IEEE-488通信总线。
• 双向数据总线8根，地址总16根，控制总线22根。 • 3）支持多处理器系统 可实现分布式、主机式及
多主STD总线多处理器系统。 • 4）总线数据传输的控制方式 STD总线是同步总
线，采用同步方式传输数据。 • 5）中断功能 STD总线最初只定义了两根中断控
制线，系统的中断功能不强。但在System II STD总线系统中，由于兼容了PC／XT，因此中 断功能显著提高。
输入/输出模板
是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（开关量）输入通道（DI）、 数字量（开关量）输出通道（DO）。
系统支持
系统支持功能主要包括：
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
• 它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。
• 工控机的特点
• 工控机硬件组成
• 工控机的软件组成
• 工控机的主要类型及其选型
2.1.3 IPC工控机的特点
• PCI SIG是一个包括Intel、IBM、Compaq、Apple和 DEC等100多家公司在内的组织集团。1992年6月推出 了PCI 1.0版，1995年6月又推出了支持64位数据通路、 66MHz工作频率的PCI 2.1版。
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。常用的内部总线有IBM PC总线和STD 总线。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，常用外部总线有RS-232C、 RS485和IEEE-488通信总线。
• 双向数据总线8根，地址总16根，控制总线22根。 • 3）支持多处理器系统 可实现分布式、主机式及
多主STD总线多处理器系统。 • 4）总线数据传输的控制方式 STD总线是同步总
线，采用同步方式传输数据。 • 5）中断功能 STD总线最初只定义了两根中断控
制线，系统的中断功能不强。但在System II STD总线系统中，由于兼容了PC／XT，因此中 断功能显著提高。
输入/输出模板
是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（开关量）输入通道（DI）、 数字量（开关量）输出通道（DO）。
系统支持
系统支持功能主要包括：
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
• 它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。
• 工控机的特点
• 工控机硬件组成
• 工控机的软件组成
• 工控机的主要类型及其选型
2.1.3 IPC工控机的特点
• PCI SIG是一个包括Intel、IBM、Compaq、Apple和 DEC等100多家公司在内的组织集团。1992年6月推出 了PCI 1.0版，1995年6月又推出了支持64位数据通路、 66MHz工作频率的PCI 2.1版。
机电一体化系统设计 5.工业控制计算机(版本2)1
而后又出现了16位的单片机，而且芯片内部也增加了 其他的性能。如Intel的MCS-96系列单片机，在单片机内 部集成了A/D转换器、PWM输出。 • 单片机发展的三个阶段 第一阶段：20世纪70年代为单片机发展的初级阶段 第二阶段：20世界80年代为高性能单片机的发展阶段 第三阶段：20世纪90年代至今为单片机的高速发展阶段
第5章 工业控制计算机
软件
接口
显示终端
微
型
接口
计
磁盘驱动器
算 机
接口
打印机
接口
实时 操作 时钟 台
通用外部设备 主机及操作台 接口
A\D
多路开关
D\A
多路开关
开关量输入
开关量输出
输入/输出通道
变送器传感器
执行机构
生
产
对
象
检测及变送 控制对象
图2 计算机控制系统的组成框图
第5章 工业控制计算机
5.1.2计算机在控制中的应用方式
地址总线
控制总线
并行II//OO口
串行通信口
中断系统
图5-1 单片机内部结构图
第5章 工业控制计算机
单1•器能片.中、 处3机央理控单处内制二片理部器进器机构制、(成的中数CP断据基U部或)本是件代组整、码成个时，单钟负片和责机定控的时制核控、心制指部逻挥件辑和，部调它件度由等整组运个成单算，
元系单统片协机调内的部工包作含，完有成中运央算处和理控器制(C输P入U输)、出时功钟能电等路操和作中。 断系统、程 序存贮器、数据存贮器、并行口、定时器以及特殊I/O部件，CPU通 过内部总线和其余的模块相连。典型的单片机内部结构如图1-1所示。
1.操作指导控制系统 在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接用 来控制生产对象。 2. 直接数字控制DDC（DirectDigitalControl）系统是计 算机用于工业过程控制最普遍的一种方式。 3. 在监督计算机控制SCC（SupervisoryComputerControl）系 统中，计算机根据工艺参数和过程参量检测值，并按 照所设计的控制算法进行计算，计算出最佳设定值后 直接传送给常规模拟调节器或者DDC计算机，最后由 模拟调节器或DDC计算机控制生产过程。 4.分级计算机控制系统
第5章 工业控制计算机
软件
接口
显示终端
微
型
接口
计
磁盘驱动器
算 机
接口
打印机
接口
实时 操作 时钟 台
通用外部设备 主机及操作台 接口
A\D
多路开关
D\A
多路开关
开关量输入
开关量输出
输入/输出通道
变送器传感器
执行机构
生
产
对
象
检测及变送 控制对象
图2 计算机控制系统的组成框图
第5章 工业控制计算机
5.1.2计算机在控制中的应用方式
地址总线
控制总线
并行II//OO口
串行通信口
中断系统
图5-1 单片机内部结构图
第5章 工业控制计算机
单1•器能片.中、 处3机央理控单处内制二片理部器进器机构制、(成的中数CP断据基U部或)本是件代组整、码成个时，单钟负片和责机定控的时制核控、心制指部逻挥件辑和，部调它件度由等整组运个成单算，
元系单统片协机调内的部工包作含，完有成中运央算处和理控器制(C输P入U输)、出时功钟能电等路操和作中。 断系统、程 序存贮器、数据存贮器、并行口、定时器以及特殊I/O部件，CPU通 过内部总线和其余的模块相连。典型的单片机内部结构如图1-1所示。
1.操作指导控制系统 在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接用 来控制生产对象。 2. 直接数字控制DDC（DirectDigitalControl）系统是计 算机用于工业过程控制最普遍的一种方式。 3. 在监督计算机控制SCC（SupervisoryComputerControl）系 统中，计算机根据工艺参数和过程参量检测值，并按 照所设计的控制算法进行计算，计算出最佳设定值后 直接传送给常规模拟调节器或者DDC计算机，最后由 模拟调节器或DDC计算机控制生产过程。 4.分级计算机控制系统
第2章-工业控制计算机
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。 常用的内部总线有IBM PC总线和STD总线。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，常用外部总线 有RS-232C、RS485和IEEE-488通信总线。
3. 人-机接口
图2-3 总线式工控机
4. 单片微型计算机
单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)简称单片 机，它是将CPU、存储器、串并行I/O口、定时/计数器、甚 至A/D转换器、脉宽调制器、图形控制器等功能部件全都集 成在一块大规模集成电路芯片上，构成了一个完整的具有 相当控制功能的微控制器。
2.2.3 IPC工控机的特点
IPC工控机主要有以下六个特点：
1.可靠性高 2. 丰富的输入输出模板 3. 实时性好 4. 开放性好 5. 连续工作时间长 6. 便于安装
2.3 IPC总线结构
2.3.1 总线概述
1. 总线标准实际上是一种接口信号的标准和协议。 2. 总线定义与分类:
总线是一组信号线的集合，它定义了引线的信号、电气、机 械特性，是微机系统内部各组成部分之间、不同的计算机之间 建立信号联系，进行信息传送的通道。
3．ISA总 线
ISA总线(Industrial Standard Architecture)即AT总线，它 是在8位的XT总线基础上扩展而成的16位的总线体系结构。 后来，在大多数Pentium系列的PC机主板上仍保留3～4个 ISA总线扩充槽，即可以插入8位ISA卡，又可以插入16位 ISA卡。
5. 嵌入式处理器
嵌入式系统是将专用微型计算机嵌入被控设备中的专用计 算机系统，适用于应用系统对体积、功能、可靠性、成本、 功耗等综合性能要求严格的场合。嵌入式处理器的特点： 1）对实时和多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且 有较短的中断响应时间，从而使内部代码和实时操作系统的 执行时间减少到最低限度。 2）具有功能很强的存储区保护功能。 3）可扩展的处理器结构。 4）嵌入式微处理器的功耗很低。
3. 人-机接口
图2-3 总线式工控机
4. 单片微型计算机
单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)简称单片 机，它是将CPU、存储器、串并行I/O口、定时/计数器、甚 至A/D转换器、脉宽调制器、图形控制器等功能部件全都集 成在一块大规模集成电路芯片上，构成了一个完整的具有 相当控制功能的微控制器。
2.2.3 IPC工控机的特点
IPC工控机主要有以下六个特点：
1.可靠性高 2. 丰富的输入输出模板 3. 实时性好 4. 开放性好 5. 连续工作时间长 6. 便于安装
2.3 IPC总线结构
2.3.1 总线概述
1. 总线标准实际上是一种接口信号的标准和协议。 2. 总线定义与分类:
总线是一组信号线的集合，它定义了引线的信号、电气、机 械特性，是微机系统内部各组成部分之间、不同的计算机之间 建立信号联系，进行信息传送的通道。
3．ISA总 线
ISA总线(Industrial Standard Architecture)即AT总线，它 是在8位的XT总线基础上扩展而成的16位的总线体系结构。 后来，在大多数Pentium系列的PC机主板上仍保留3～4个 ISA总线扩充槽，即可以插入8位ISA卡，又可以插入16位 ISA卡。
5. 嵌入式处理器
嵌入式系统是将专用微型计算机嵌入被控设备中的专用计 算机系统，适用于应用系统对体积、功能、可靠性、成本、 功耗等综合性能要求严格的场合。嵌入式处理器的特点： 1）对实时和多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且 有较短的中断响应时间，从而使内部代码和实时操作系统的 执行时间减少到最低限度。 2）具有功能很强的存储区保护功能。 3）可扩展的处理器结构。 4）嵌入式微处理器的功耗很低。
《计算机控制技术》PPT课件
•
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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。
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• （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。
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• （5）现场总线控制系统
•
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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 •
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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
•
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二.工业控制机的组成结构及特点
课件：第七章 工业控制计算机简介
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5
三、工业控制机的分类
广义而言，工业控制机的类型较多，主要有IPC工控机、 PLC可编程控制器、专用控制机以及其他类型的工控机，如单 回路或多回路智能控制器等。
由依赖于某种标准总线，按工业标准化设计出的主机板和 各种I/O模板等组成的，用于工业控制等目的的计算机称为总 线式工控机。总线控制机可按照使用的总线来分类，可分为
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7.4 IPC的基本组成
一、加固型的工业机箱
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二、工业电源 三、一体化主扳
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四、无源母板
五、其他部件硬盘、键盘和显示等。共18页15
7.5 可编程控制器PLC
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16
7.6 单 片 机
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7.7 数字控制器
数字控制器(Single Strategy Controller，SSC)是 一种以微处理器或单片微型计算机为核心，能完成生产过程 1~4个回路直接数字控制任务的数字控制仪表，有时也称为 智能控制器。一般具有RS-485数字通信接口，除了在控制 系统中作为常规的单机控制器使用外，在工业控制中还可以 与上位机一起使用构成计算机监督控制系统。其结构原理如 图2.11所示。可以使用组态软件对其进行编程。
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作业：
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19
芯片内部、芯片之间、板级(机箱内总线)之间、设备间以 及系统间都有信息要通过总线进行传送。
二、总线的类别
1、总线分类方法
•按照信息传送方式来分； •按应用的场合来分； •按总线的作用域来分； •按标准化程度来分； •按内外差别来分。
共18页
4
2、计算机内部总线组成
工业控制计算机完美版PPT
DMA 通道也扩充到 8个。AT总线也称 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。 ISA 总线标准。
1989年，COMPAQ 公司联合 HP，AST 等 9家计算机公司，在 ISA 总线根底上，推出了适应 32位微处理器的系统总线标准 EISA 总线标准。
工业控制计算机
2.1 工控机
IPC的组成与特点 的内部总线 的外部总线 输入/输出模板 的主要产品
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。
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。
❖ 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。
为了和 Intel80286 16位机兼容，对 有绝对精度和相对精度两种表示法。
IEEE-488总线电缆是一条无源的电缆线，包括16条信号线和8条地线。
XT
总线在电气和机械特性上
作了较大的扩充，在原来 控制器完全符合PCI 总线规格Rev2.
RTS：请求发送。
62引脚的根底上增加了一个
36引脚
③精度：指A/D转换器实际输出电压与理论值之间的误差。
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。
7.1 工业控制计算机
图7-3 用STD总线工业控制机 组成的计算机控制系统
2） PC总线工业控制机 IBM公司的PC总线微机最初是为个人或办公室使
用而设计的，早期主要用于文字处理或一些简单的办
公室事务处理。早期产品是基于一块大底板结构，加 上几个I/O扩充槽。
PC/AT总线的IBM兼容计算机由于价格低廉、使用
灵活、软件资源非常丰富，因而用户众多，在国内更 是主要流行机种之一。
一种以微处理器为基础的通用型自动控制装置，专为 在工业环境下应用而设计。由于最初研制这种装置的 目的，是为了解决生产设备的逻辑及开关量控制，故 也把它称为可编程逻辑控制器（PLC，Programmable Logic Controller）。PLC采用可编程序的存储器，在 其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、计数和算术运 算等操作指令，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。
（8）两个16位定时/计数器，1个全双工串行通信口。
（9）4组I/O口。
表7-1 三种常用工业控制计算机的性能比较
3. 单片机 下面以 MCS 系列单片机为例，来介绍单片机的结
构、性能及使用上的特点。
1）受集成度的限制，片内存储器容量较小。 2）可靠性高。 3）易扩展。 4）控制功能强。
5）一般单片机内无监控程序或系统通用管理程序。
MCS-51单片机系列
该系列包括有8031、8051、8751、2051、89C51等多种 机型。其主要特点是： （1）8位CPU，工作频率为1~12MHz。 （2）128BRAM数据存储器，4KBROM程序存储器。 （3）5V电源，40引脚双列直插式封装。 （4） 12MHz工作频率时机器周期为 1μs，所有指令的执行 为1~4个机器周期。 （5）外部可分别扩展64KB数据存储器和程序存储器。 （6）2级中断，5个中断源。 （7）21个专用寄存器，有位寻址功能。
工业控制计算机基本构造原理ppt课件
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现场总线系统（FCS，Fieldbus Control System）是全数字串行、 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（如PLC，LC等）和应用智能仪表（如 变频器、阀门、条码阅读器等）的局部网，又具有在网络 上分布控制应用的内嵌功能。由于其广阔的应用前景，众 多国外有实力的厂家竞相投入力量，进行产品开发。现今， 国际上已知的现场总线类型有四十余种，比较典型的现场 总线有：FF，Profibus，LONworks，CAN，HART，CC-LINK 等。
38
数控机床是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业的 渗透形成的机电一体化产品。 其技术范围覆盖很多领域：
1）机械制造技术； 2）信息处理、加工、传输技术； 3）自动控制技术； 4）伺服驱动技术； 5）传感器技术； 6）软件技术等。
39
引言
1. 计算机总线的特点：
设计标准化、生产模块化、维护方便
34
现场总线系统（FCS）是连接智能现场设备和自动化系统 的全数字、双向、多站的通信系统。主要解决工业现场的 智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字 通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传 递问题 。
35
现场总线的本质体现在以下六个方面： 现场通信网络
用于过程自动化和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场 通信网络。
（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。
5
（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
现场总线系统（FCS，Fieldbus Control System）是全数字串行、 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（如PLC，LC等）和应用智能仪表（如 变频器、阀门、条码阅读器等）的局部网，又具有在网络 上分布控制应用的内嵌功能。由于其广阔的应用前景，众 多国外有实力的厂家竞相投入力量，进行产品开发。现今， 国际上已知的现场总线类型有四十余种，比较典型的现场 总线有：FF，Profibus，LONworks，CAN，HART，CC-LINK 等。
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数控机床是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业的 渗透形成的机电一体化产品。 其技术范围覆盖很多领域：
1）机械制造技术； 2）信息处理、加工、传输技术； 3）自动控制技术； 4）伺服驱动技术； 5）传感器技术； 6）软件技术等。
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引言
1. 计算机总线的特点：
设计标准化、生产模块化、维护方便
34
现场总线系统（FCS）是连接智能现场设备和自动化系统 的全数字、双向、多站的通信系统。主要解决工业现场的 智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字 通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传 递问题 。
35
现场总线的本质体现在以下六个方面： 现场通信网络
用于过程自动化和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场 通信网络。
（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。
5
（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
《工业控制计算机》PPT课件
全长主板(PCI)
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23
工业控制计算机的主板
半长主板(Advantech PCI-7020)
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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
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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
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9
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
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30
多功能(AI、AO、DI、DO、 Counter、Timer)
多功能数据采集卡(Advantech PCI-1716)
工控机基础知识 ppt课件
盘架，
• 标配/兼容底板：标配IPC-6113LP4，兼容所有14槽底板
• 标配/兼容电源：PS2，兼容抽拉式电源、ST-350PAE • 结构特点：LED屏，显示机器运行状态，前端可折装风扇结构，
方便维护使用，前置USB与PS/2接口，标配抽拉硬盘架，根据 客户要求，可配后端抽拉电源。
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14
驱动器减震垫
三道压条
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•工控机的分类
上架式工控机
壁挂式工控机
便携式计算机
嵌入式计算机
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11
上架机箱IPC-810A/811A
• 结构形式：4U标准上架式 • 机箱尺寸：177mm(高)X482mm(宽)X452mm(深) • 驱动空间：三个3.5〞空间，二个5.25〞空间 • 标配/兼容底板：标配IPC-6113LP4，兼容所有14槽
• 标配/兼容电源：PS2，兼容ST-450PAM • 结构特点：DVR行业专用机箱，散热性能好，驱动
空间多，两个5.25〞也可通过转接改为3.5〞，就 是说此款机箱最多有十一个3.5〞空间，
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13
上架机箱IPC-8422
• 结构形式：4U标准上架式 • 机箱尺寸：177mm(高)X482mm(宽)X480mm(深) • 驱动空间：二个5.25〞空间，一个3.5〞空间，标配一个抽拉硬
选择工控平台的时候，考虑更多的是机构的设计，其次才是对性能等因素
的考虑。
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2
•工控机与个人计算机在外观上的比较
造型方正，色彩 单一稳重
外观时尚， 色彩明艳
以功能性接口为 主，扩展窗口少
以扩展窗
口为主
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3
•工控机与个人计算机在内部结构上的比 较
• 标配/兼容底板：标配IPC-6113LP4，兼容所有14槽底板
• 标配/兼容电源：PS2，兼容抽拉式电源、ST-350PAE • 结构特点：LED屏，显示机器运行状态，前端可折装风扇结构，
方便维护使用，前置USB与PS/2接口，标配抽拉硬盘架，根据 客户要求，可配后端抽拉电源。
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驱动器减震垫
三道压条
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•工控机的分类
上架式工控机
壁挂式工控机
便携式计算机
嵌入式计算机
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上架机箱IPC-810A/811A
• 结构形式：4U标准上架式 • 机箱尺寸：177mm(高)X482mm(宽)X452mm(深) • 驱动空间：三个3.5〞空间，二个5.25〞空间 • 标配/兼容底板：标配IPC-6113LP4，兼容所有14槽
• 标配/兼容电源：PS2，兼容ST-450PAM • 结构特点：DVR行业专用机箱，散热性能好，驱动
空间多，两个5.25〞也可通过转接改为3.5〞，就 是说此款机箱最多有十一个3.5〞空间，
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上架机箱IPC-8422
• 结构形式：4U标准上架式 • 机箱尺寸：177mm(高)X482mm(宽)X480mm(深) • 驱动空间：二个5.25〞空间，一个3.5〞空间，标配一个抽拉硬
选择工控平台的时候，考虑更多的是机构的设计，其次才是对性能等因素
的考虑。
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•工控机与个人计算机在外观上的比较
造型方正，色彩 单一稳重
外观时尚， 色彩明艳
以功能性接口为 主，扩展窗口少
以扩展窗
口为主
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3
•工控机与个人计算机在内部结构上的比 较
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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工业控制计算机的组成
主板
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 模拟量输 数字量输 数字量输 入通道 出通道 入通道 出通道
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工业控制计算机的组成
工控机机箱(4U)
机箱前端
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机箱后端
14
工业控制计算机的组成
前端盖打开
机箱俯视
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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
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11
工业控制计算机的组成
主机(底板、主板、内存、总线等)
工 硬件 外设(打印、存储、交互设备等)
控
工业I/O(数据I/O、通信接口等)
机
系统软件(实时和非实时操作系统)
软件
工具软件(辅助开发软件等)
应用软件(面向生产过程的应用程序)
▪ 稳定性 ▪ 快速性 ▪ 精确性
• 在机电一体化控制系统设计中，控制系统与被控 制对象同在设计范畴之内，两者应有机结合
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5
第三章 工业控制计算机
概述
• 机电一体化对控制系统的基本要求
• 机电一体化控制系统的类型、特点与选用
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
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
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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。
各系统不同
软件开发
人机界面 应用场合 开发周期
成本
用高级语言开发或 选用工业组态软件
好
一般现场控制或较 大规模控制 一般 高
汇编或高级语言自行 开发
较差
以梯形图为主，也 支持高级语言
一般（可选配触摸 屏）
智能仪表、简单控制 一般规模现场控制
较p长pt课件
短
低
中
专用语言或支 持高级语言
一般
专用场合
一般 8 高
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
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工业控制计算机的总线结构
▪ STD总线
▪ I线
• 其他控制系统
▪ 数控系统(NCS)、集散控制系统(DCS)、现场总线系统(FCS)…
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7
机电一体化控制系统的比较、选用
控制系统的 组成
系统功能
速度 可靠性 环境适应性
基于PC的控制系统
按要求选择主机与 相关过程IO板卡
可组成简单到复杂 的各类控制系统
快 一般 一般
基于微处理器的控制系统
自行开发 （非标准化）
简单的处理功能和 控制功能
快 差 差
基于PLC的控制系统
按要求选择主机与 扩展模块
逻辑控制为主，也 可组成模拟量控制
系统
一般
好
好
通信功能
多种接口，如串口、 可通过外围元件自行
并口、USB、网口
扩展
串口，通过通信模 块扩展USB或网口
其他控制系统
按要求进行选 择
专用控制
各系统不同 好 好
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
机电系统及生产过程自动化
第一章 机电一体化概论
第二章 精密机械技术
第三章 工业控制计算机
第四章 基于单片机的控制器
第五章 可编程序控制器
第六章 传感器与计算机接口
第七章 动力驱动及其计算机控制
第八章 机电一体化系统设计方法与实例
ppt课件
1
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
工业组态软件
基于工控机的控制系统应用
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机电一体化控制系统的类型、特点
▪ 机电一体化控制系统的类型
• 基于PC的控制系统
▪ 工业控制计算机+工业IO接口板 ▪ 特点
• 基于MCU的控制系统
▪ 单片机、嵌入式处理器、数字信号处理器(DSP) ▪ 特点
• 基于PLC的控制系统
▪ 顺序控制 ▪ 特点
• VME总线
• Compact PCI总线/PXI
• PC-104总线，PC-104+总线
• STD32
• EISA
• AT96
• CAN等各种现场总线
ppt课件
18
ISA总线
工业控制计算机的总线结构
PCI总线
无源底板(8 ISA + 7 PCI) ISA总线+PCI总线
ppt课件
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第三章 工业控制计算机
(IPC/PLC/MCU等)
接
(电机、电磁阀等)
口
传感检测装置
(各类传感器等)
被控对象
(各种机械参数) 被 控 量
机电一体化系统的组成
ppt课件
4
机电一体化对控制系统的基本要求
▪ 机电一体化对控制系统的基本要求
• 为了使控制量(一般是机电一体化系统中的各种 被控制机械参量)按预定的规律变化，机电一体 化对控制系统的基本要求有：
双正压风扇
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工业控制计算机的组成
工业电源： 功率：300 W 输入：100 ~ 240 VAC, 60 ~ 50 Hz, 10 A 输出：+5V、-5V、+3.3V、+12V、-12V
无源底板(8 ISA + 7 PCI)
ppt课件 主板(支持P IV系列CPU)
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第三章 工业控制计算机
概述
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第三章 工业控制计算机
概述
• 机电一体化对控制系统的基本要求
• 机电一体化控制系统的类型、特点与选用
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
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机电一体化系统的组成
设定值
输
入
＋— 反 馈
接 口
量
控制器
输 出 驱动执行机构
▪ 使用环境
▪ 特点
• 高可靠性 • 实时性 • 维护方便性 • 可扩充性 • 与普通计算机系统软、硬件兼容性
▪ 发展
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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