!工业控制计算机-组态软件

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1、工业控制计算机n概述n工业控制计算机的组成及特 点n工业控制计算机的主板n工业控制计算机的接口n工业组态软件n基于工控机的控制系统应用机电一体化控制系统的类型、特点 n机电一体化控制系统的类型n基于PC的控制系统n工业控制计算机+工业IO接口板n特点n基于MCU的控制系统n单片机、嵌入式处理器、数字信号处理器(DSP)n特点n基于PLC的控制系统n顺序控制n特点n其他控制系统n数控系统(NCS)、集散控制系统(DCS)、现场总线系统(FCS)机电一体化控制系统的比较、选用 基于PC的控制系统统基于微处处理器的控制系 统统基于PLC的控制系统统其他控制系统统控制系统统的 组组成按要求选择主机与

2、相关过程IO板卡自行开发 （非标准化）按要求选择主机与 扩展模块按要求进行选 择系统统功能可组成简单到复杂 的各类控制系统简单的处理功能和 控制功能逻辑控制为主，也 可组成模拟量控制 系统专用控制速度快快一般各系统不同可靠性一般差好好环环境适应应性一般差好好通信功能多种接口，如串口 、并口、USB、网 口可通过外围元件自行 扩展串口，通过通信模 块扩展USB或网口各系统不同软软件开发发用高级语言开发或 选用工业组态软件汇编或高级语言自行 开发以梯形图为主，也 支持高级语言专用语言或支 持高级语言人机界面好较差一般（可选配触摸 屏）一般应应用场场合一般现场控制或较 大规模控制智能仪表、简单控制一

3、般规模现场控制专用场合开发发周期一般较长短一般成本高低中高工业控制计算机(IPC-Industry Personal Computer）概述工业控制计算机（IPC）定义与典型特点一 定义:用于工业控制的个人计算机称为工业控制计算机,工业 控制计算机也称工业计算机IPC(industrial personal Computer，以下简称工控机)。它主要用于工业过程测量、 控制、数据采集等工作。二 工业控制计算机典型特点工业控制计算机(IPC)与通用计算机相比有许多不同点，其 主要特点如下：(1)可靠性高 (2)实时性好 (3)环境适应性强 (4)过程输入和输出配套较好 (5)系统扩充性好 (6)

4、系统开放性 (7)控制软件包功能强 (8)系统通信功能强 (9)后备措施齐全 (10)具有冗余性 工业控制计算机基本组成测 控 对 象传感器执行机构输入通道 输出通道CPU存储器人机接口系统支持功能显示 终端 总线信号处理 信号变换计算机(基本)系统 过程I/O控制对象工业控制计算机系统一、工业控制计算机基本组成图 示二 、工业控制计算机基本组成及其作用计算机是由主机 、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

5、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。工业控制计算机由计算机和过程输入输出（ I/O）两 大部分组成 。工业控制计算机总线系统（了解）一 、基本概念总线为计算机系统要提供传输信息的物理介质 ，并提供一套信息传输管理的通用规则。即管理规 则(或称协议)加上物理介质，就构成了计算机系统 的总线。1 总线概念总线是指一系列的信号规定，过程定义和物理要 求，并以此保持各厂家产品的兼容性。对总线或通 道接口的规定，使采用相同标准的计算机系统的性 能升级和不断增强成为可能。2 各种总线性能比较表二 、总线功能

6、与信息传送方式总线是一组信号的复合，是一种传送信息的公共通道 。通过它可以把程序或数据传送到各自要去的地方。 1 总线功能总线信息传送方式一般可分为并行和串行两种。如果 用若干根信号线同时传递信号就构成了并行总线；而串行 总线是按信息的位流顺序传递信号的。 2 总线信息传送方式分类计算机系统中大量使用的是标准并行底板总线，而工 业控制计算机系统总线是采用类似ISO的7层报文传送协议 中的高层协议，不仅具有支持高速缓存和多处理机，而且 加强了工业I/O支持、价格低、组合灵活。三、 总线标准总线标准的制定有以下3种途径。第一种途径是：某厂家的专利 总线得到OEM(初级设 备制造厂家)的普遍接受，由

7、OEM为其 生产兼容设备，进 而形成一个实用标准，例如DEC的UniBus和 QBus，以及 IBM的PC总线的制定均属这种情况；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。四 、部分IEEE认可的总线标准 五、 总线分类根据各总线的特征进行分类，

8、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。 属于现代总线的有： Mutibus II总线，FutureBus 十总 线，NuBus总线，FasBus总线, STD32总线，EISA总线 ，微通道总线，PCI总线等。六 、部分总线简介1 S-100总线： S-100总线是第一条标难化微型机总线，它有100多条信 号 线，是以最早出现的8080微处理器为基础设计的。它的数据总线 分成 两组单向总线，然而大多数处理器和I/O接口芯片是双向数据总线结构

9、。 S-100总线保留有16条信号线让用户和模板生产厂自行定义。因此，常常 发生不兼容现象。S-100总线采用大板结构， 抗冲击和振动能力差，引脚 多，可靠性相对较差。TP801单板机 即采用这种早期的微型机总线。 2 VME总线： 它是在MOTOROLA公司的XERSA总线基础上发展而来的32位 标准总线，由于它简化了紧密耦合的硬件配置中有关数据处理、数据 存储和外围控制设备的集成规范，所以成为一个标准的底板接口，其 机机械规范描述了框架、底板,插板等机械尺寸，其功能规范描述了 各种功能模块的分类，说明总线如何工作，以及模块操作的规范和相 应的电气要求。VME总线可用以支持多处理器的结构体系

10、，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。（1）IBM

11、PC/XT总线(PC-XT总线)IBM PC总线是IBM PC/XT个人计算机采用的微 型机总线。它是针对Intel8088微处理器设计的。 它有62条信号线，以适应8088的8位数据线和20位 地址线，这种总线是用户在IBM PC/XT机的大母板 上扩展I/O模板的I/O总线。IBM PC机箱插上基本配置以后，一般只剩下3- 5个I/O插槽。因此，它的I/O扩展能力较差。（2）ISA总线就是AT总线它是在XT总线基础上扩充设计的16位总线， 其寻址空间 最大16MB，操作速度为8MHz，数据 传输率为16Mbps。（4）PCI(外部设备连接接口)总线是1993年 Intel公司主导推出的。其

12、定义的是一个功能 强大的新型总线结构。它支持并发CPU和总线 主控部件操作，支持64位奔腾Pentium)处理 器。这是目前普遍应用的总线，在工控机上 已有Compact PCI产品。（3）EISA(extend industrial standard architecture)总线是一个32位总线，它支持 总线主控，其数据传输率可达32Mbps。上述几种总线标准中在目前市场、人才和技术三个方面， ISA总线较为成熟，因此工业PC机主要以ISA总线(AT总线)、 PCI总线为主流，这主要有以下几个方面的理由：未来PCI总线有取代ISA的趋势！(1)ISA总线结构的I/O接口卡种类最多，且已经过

13、多年 研究和应用证明其技术已成熟。(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 线为主工业控制计算机的分类（1）PC总线工控机：有ISA总线、VESA局部总线(VLBUS) 、PCI总线、PC104总线等几种类型工控机，主机CPU类型有 80386，80486，Pentium等。工业控制机

14、主机分类按照所采用的总线标准类型可将 工业控制机分成下列四类：（2）STD总线工控机：它采用STD总线，主机CPU类型有 80386，80486，Pentitum等,另外与STD总线相类似的尚有 STE总线工控机 （3）VME总线工控机：它采用VME总线，主机CPU类型以 Motorola公司的M68000，M68020和M68030为主。 （4）多总线工控机：它采用MULTIBUS总线，以INTEL工控 机为代表，主机CPU类型有80386，80486和Pentium等。PC总线工控机示例IPC-610 是一个 19“ 加固 的架装 PC/AT 电脑机箱， 用于工业应用系统中。本单元可容纳一

15、个 14 槽 PC/AT 总线无源底板或一个标准 Baby-AT 主板和一个 110-220V 可切换 UL 电源。一个可锁式前 面板门可以保护设备免于任何未 授权的使用。两个过滤冷却风扇 可在整个机箱内维持正的空气循 环。由于其板卡固定条和防震安 装的驱动器托架，IPC-610 能够 承受恶劣环境中常见的冲击、振 动和尘土。 PC总线控制机结构组成分析一 、工业现场对工控机的要求相对办公室而言，车间环境答应用现场的条 件相对恶劣。最常见的问题是粉尘、辐射、电气 磁场干扰和高温等。在一些特殊应用场合(如地层 下施工或坑道内)还有防潮、防震、抗冲击等要求 。作为控制系统的核心部件工业控制机，理

16、所当然地应能适应上述基本的环境要求。 PC总线工控机概述目前，工业控制计算机中已普遍采用了如下措施， 以适应工业现场的要求：1 特殊设计的高可靠性电源装置，除了能适应较宽的电压 波动范围外，还可承受瞬间浪涌冲击，保证工控机在电网 不稳、电气干扰较大的环境中也能可靠运行。 2 高功率双冷风扇配置,一方面解决高温下的散热问题，另 一方面使机箱内始终保持空气正压，以减少粉尘侵入. 3 全钢结构标准机箱(带滤网)和减震,加固压条装置，在机 械震动较大的环境中仍能可靠运行。 4 采用大母板结构，留给用户尽可能多的插槽供I/O扩展用 。总线驱动能力加强，一台工控机上可插入多达10-12块I/O 模板，一般的小系统仅用一台IPC机外加若干块配套I/O卡 就可实现。 5 采用标准化部件，硬、软驱动器一般采用通用部件。 元器件均采用高档产品且经严格测试。所有部件均要求 进行老化试验，确保整机质量。二 、PC总线工业控制机主要特点1、兼容性好、升级容易 2、性能