28工业控制微型计算机

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1、第七章工业控制微型计算机一、授学时间： 年 月 日 第次二、教学目的:1、掌握工业控制计算机的特点2、掌握总线式工控机的构成构造3、理解常用工控总线、理解的重要外部构造形式5、理解工业控制计算机I/O接口信号板卡三、教学的重点及难点:重点:总线式工控机的构成构造。 难点：工业控制计算机I/O接口信号板卡。四、教学内容及过程:第七章 工业控制微型计算机7.1 工业控制计算机的特点 1. 适应工业环境， 抗干扰能力强,可靠性高 工业环境条件恶劣，状况复杂,存在着高温、高湿、震动、粉尘等状况，电磁干扰源多且复杂,这些都会给控制系统导致极大的危害。 工业生产规定所使用的系统可靠性高，否则, 会导致巨大

2、的损失。因此,IPC必须具有良好的抗干扰能力和很高的可靠性。 2模块化板卡构造PC充足运用了PC的硬件和操作环境,采用了模块化的硬件板卡构造。如取消了P中的母板,将本来的大母板上的总线插槽部分提成了通用的底板总线插座系统和变成PC插卡式主板， 3.多种工业控制计算机机箱 为了适应工业现场的安装规定,IC机箱有多种尺寸的立式、卧式、壁挂式机箱可供选择。C机箱采用全钢密封构造， 采用了诸多措施以适合工业环境，具有防电磁干扰能力;还采用内部正压送风，具有良好的散热和防尘效果。机箱内还配备了抗干扰、具有自动保护功能的工业电源。 4 丰富的工业应用软件 为了实现工业控制,P在继承了C丰富的软件资源外，

3、有许多专业软件公司开发了诸多工业控制软件,这些软件由专业人员开发并通过实际运营考验，可靠性高，顾客可以直接根据自己的需要进行选用。为了使控制效果更直观生动, 这些控制软件都采用了组态技术和多媒体技术。顾客也可以运用厂商提供的驱动程序， 开发满足自己需要的控制程序。 5 应用广泛7.2总线式工控机的构成构造 工控机系统由工控机系统硬件和工控机系统软件两部分构成。工控机系统硬件由工控机和执行机构、测量环节（传感器)构成。工控机由工业微机(如WC）和工业过程通道构成。 图7-1是总线型工控机系统的硬件构造图。工业控制微机和商用微机的构成原理十分相似。工控机系统硬件是在工业控制微机的基本上增长了过程通

4、道板卡,以实现工业过程信号的输入和输出。 .常用工控总线(SME/IPC工控机) 7.3.1D总线工控机SD工控机基于STD总线,该总线由ROLG公司于1978年推出，其正式原则为IEEE9。位STD工控机支持绝大多数的8位微解决器。 16位STD工控机基于采用总线周期窃取和复用技术改善后的16位ST总线。32位STD工控机只是作为一种技术推出过，但作为一种产品,尚未真正进入市场，就已被迫退出市场。国内于20世纪80年代中后期引入ST工控机技术,国内曾经有数十个S工控机厂家。7.3.2 C6800M600工控机 . M680系列工控机 国内于2世纪70年代末期和80年代初期引进MC6800系列

5、工控机及其过程通道。C680工控机系统在0世纪80年代初期得到应用。 由于60工控机是8位微机,随着计算机技术的发展， 该系列工控机于20世纪年代初期已基本上退出工控领域。 MC6800系列工控机MC6800系列工控机采用的是VE总线,一般又称为VM工控机。 VE工控机重要提供了MC6800系列CP的主机、外设和过程通道。VE工控机的主机系统都是3位的微机,相应的微解决器重要有MC800、 MC8010、MC68020、MC640等。7.3.3 I总线工控机 工业个人计算机简称IPC(usalrsn omputer),它和BM P保持了硬件和软件上的兼容。PC拥有丰富的硬件资源、软件资源和C顾

6、客资源, 使得IC已经成为工控机的主流。由IC构成的各类工业控制微机系统在国内的各行各业得到了广泛的应用,因此提高了国内的生产自动化水平。从C到今天的IPC，有一种相对长的发展历程。在发展期间，众多IC商家克服了C机无法直接应用于工业控制领域的诸多缺陷，重要表目前如下各方面: () 采用总线式构造取代PC机的大母板构造，便于维修和维护。 （2）采用工业级元器件进行板卡设计。 (3) 采用全钢构造工业原则台式机箱或插箱式机箱，箱体密封， 并设有一大一小两个电扇，以形成机箱内的正压， 避免粉尘进入。 (4)开发和设计了合用于工业控制的系列过程板卡。 (5) 主板增设了看门狗、 RS-5通信口等工业

7、控制所必须的功能。 7 IPC的重要外部构造形式 工业PC简称P,是用得最广泛的一种工业微机,也是工控机系统的核心构成部分之一。 目前，市场上的IP多种多样,重要涉及台式IPC、盘装式IPC、插箱式IC、工作站及嵌入式IPC等。 不同类型的IPC,其性能、 价格和合用场合是不同的。7.4.1台式IPC 台式P的构造如图7所示。 其重要特点如下： (1)类似于台式个人电脑的构造，但机箱为1英寸工业原则的全钢构造； (2) 机箱不带显示屏, 需外接CR或液晶显示屏; (3) 总线型构造,主板和ISPC总线型底板分离，底板一般有多种PCMCIA、SA、PCI插槽； (4)机箱内安装的吹风机的容量不小

8、于抽风机的容量，机箱内为正压， 且风口有过滤网，避免粉尘进入机箱; (5) 使用工业级电源; （6） 电源开关配有保护仓，避免没有授权的人员开关电源。 键盘设立有硬件锁，可避免外人进行操作。 图7-2 台式IPC的外观构造 742 盘装式PC 盘装式IP的构造如图7-3所示。 其重要特点如下: （1) 内部是全钢构造,外壳是防火塑料；(2) 质量轻、体积小、可以直接安装在控制屏上; (3)采用TFT型LD显示屏，和主机构成一体化构造； (4) 使用触摸屏作为信息输入工具； (5) 完善的接口功能：串口、并口、SB接口，配有少量PMCIA、SA、PCI插槽； （6) 集成网卡功能。 图7- 盘装

9、式IPC的外观构造 .3 IPC工作站 IPC工作站的构造如图-4所示。 其重要特点如下： （1） 全钢盘装式构造(1英寸)， 可以安装在控制屏或机柜上; (2)主机箱、 TTD显示屏和触摸屏做成一体化构造； (3) 面板上嵌入有专用键盘； （) 内部构造和功能与台式IP完全类似。 7.4.4 插箱式IP 插箱式IPC有IA总线和PC总线两种类型。基于不同的总线，其底板、总线、板卡尺寸则不同。 两种插箱式IPC的板卡在构造上不能互换。基于C总线的插箱式PC的重要特点如下： (1) 采用1英寸原则插箱式机箱，全钢构造; (2) 机箱上下侧都安装有风机，一种抽风，一种吹风，机箱内为正压,空气对流畅

10、通； （3) 8槽Copact PCI总线底板, 可以扩展； (） 板卡的机械规范符合IE11/1101.0原则, 类似ME规范;(5)使用气密式连接器(针座式)， 接触效果好，符合IE-1国际原则。7.4. 嵌入式IPC 在众多嵌入式IPC中, 较有代表性的当数104嵌入式IPC(尺寸为9m9 mm)、3.5英寸嵌入式IP(尺寸为146 m10 mm)和5.25英寸嵌入式I（尺寸为203mm146m）。图7-分别表达P/104和.5英寸嵌入式IP的外形构造。 嵌入式IPC不用插板滑道和总线底板，模块之间采用层叠式封装。C/4与A的电气规范兼容,厂商能用与台式C机同样的IA芯片和外设芯片系列开

11、发出各类PC04产品。 751 工业控制计算机的构成 （1） 加固型工业机箱：由于工控机应用于较恶劣的工业现场环境，因此对机箱采用了一系列的加固措施，以达到防振、 防冲击的效果。机箱一般都采用全钢构造,具有良好的电磁屏蔽能力。 () 工业电源：工控机的电源规定具有防浪涌冲击、 过压过流保护功能，抗干扰能力强。工控机的电源有多种型号可供选择。为了适应工业现场电压波动大的特点, 工控机电源都具有比较宽的调节范畴, 输出电压、电流的偏差也比较小, 平均无端障时间(MB)长， 一般为0万小时。 (） 无源底板：无源底板是用来安装多种板卡的基板。采用层CB板，带有电源层和接地层，用以抗干扰和减少阻抗。

12、板上有用于电源批示的LED,分别批示不同的电压，根据LD的亮或暗就能反映电压的正常与否。无源底板上有多种总线插槽， 可安装A、ISA、PI总线的多种板卡。 无源底板上的插槽数最多可以达到20个。一种1槽的无源底板如图7-9所示, 其尺寸为： 31mm2 mm。 (4) 主机板(CPU卡):CP卡是工控机的核心部件， 目前有80486、 80586、 Pem/Cln系列等各类CPU板卡。 板上所有元件性能都达到了工业级原则， 并且是一体化主板。 板上有P插座,多种接口插座,() 外部存储器:外存储器有软盘驱动器、硬盘和CDROM，可根据需要配备。 (6) 显示屏: 显示屏有一般显示屏和液晶(CD

13、)显示屏， 其尺寸和辨别率可根据需要选择。 (7) 键盘:一般采用101原则键盘或触摸式功能键盘。 (8） 鼠标:有机械式或光电式之分。 (9) 打印机:有针式打印机、喷墨打印机和激光打印机, 用于数据报表、工艺流程画面等的打印。 .5.2 工业控制计算机系统的构成（1）工控机主机:涉及机箱、电源、无源底板、CP卡、 显示屏、磁盘驱动器、键盘、鼠标等； （2) 输入接口板卡：涉及模拟量输入、开关量输入板卡等; （3) 输出接口板卡：涉及模拟量输出板卡、开关量输出板卡等； （） 通信接口模块：涉及串行通信接口模块(S-32、 R-22、S-48等)、网络通信模块(如以太网模块、光纤模块、 无线调

14、制解调器模块等)等； (5) 信号调理模块：完毕对工业现场多种输入信号的预解决，对输入输出信号进行隔离、驱动,还能完毕信号的转换等; (6）远程数据采集模块：可以直接安装在工业现场，可以通过多通道IO模块进行数据采集和过程监控，可以将现场信号通过现场总线与工控机进行通信； () 工控软件包：支持数据采集、监视、控制、报警、 画面显示、通信等功能。目前大部分控制软件以Wndows操作系统为平台，也有以实时多任务操作系统为平台的，可根据实际需要选择。 图-11 工业控制计算机系统构成框图 7.6 PC总线工业控制计算机常用板卡简介 76.1 IP总线工业控制计算机的概念 1. 总线 计算机总线是CU与计算机其她部分进行信息传递的公共通道， 一般传递三种信号:地址、数据和控制信号。工控机初期使用的总线是TD总线,目前常用的总线有ISA总线、 ISA总线、 PCI总线等。. 总线指标 () 总线宽度: 总线宽度是指总线一次操作可以传播的数据位数，TD总线