工业计算机简介

2.1工业控制机的特点

工业控制机也称工业计算机IPC(industrialpersonalcomputer，以下简称工控机)。它主要特点如下：1.可靠性高平均无故障工作时间(MTBF)到达几万小时。2.实时性好实时响应控制对象各种参数的变化,进行处理和报警。3.环境适应性强对温度／湿度变化范围要求高；有防尘、防腐蚀、防振动冲击的能力;有较好的电磁兼容性和高抗干扰能力及高共模抑制的能力。4.过程输入和输出配套较好如模拟量、开关量、脉冲量、频率量等输入输出模板。第2章工业计算机简介

5.系统扩充性好。6.系统开放性主机接口、网络通信、软件兼容及升级等方面遵守开放性原那么。7.控制软件包功能强，如组态软件。8.系统通信功能强具有串行通信、网络通信功能。9.后备措施齐全包括供电后备，存储器信息保护，手动／自动操作后备，紧急事故切换装置等。10.具有冗余性括双控制站、双操作站、双网通信；双供电系统、双电源等，具有双机切换功能，双机监视软件等，以确保系统长期不间断地运行。微机中总线一般有内部总线、系统总线和外部总线。内部总线:微机内部各外围芯片与处理器之间的总线，用于芯片一级的互连；系统总线:微机中各插件板与系统板之间的总线，用于插件板一级的互连；外部总线:微机和外部设备之间的总线.总线任何一个微处理器都要与一定数量的部件和外围设备连接，但如果将各部件和每一种外围设备都分别用一组线路与CPU直接连接，那么连线将会错综复杂，甚至难以实现。为了简化硬件电路设计、简化系统结构，常用一组线路，配置以适当的接口电路，与各部件和外围设备连接，这组共用的连接线路被称为总线。采用总线结构便于部件和设备的扩充，尤其制定了统一的总线标准那么容易使不同设备间实现互连。2.2工业控制机的分类工业控制机总线技术的开展与应用：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总线相类似的尚有STE总线工控机。80年代初，我国研制成功了STD总线工业计算机。STD工控机因具有灵活的组合方式、本钱低、小板结构及广泛的兼容性等优点，自1984年国内开始从事开发和推广应用以来，被广泛地应用于工业各个领域。其中以采用NEC公司V40芯片设计的V40系统最具代表性，该系统于1994年被率先成功地应用于水轮发电机——变压器组继电保护、水轮发电机励磁等电气二次成套装置中。

在90年代以后，STD总线的工控机逐渐被淘汰。90年代采用ISA和PCI总线的IPC取代STD开始得到应用和普及。2.PC总线机工控有ISA总线、VESA局部总线(VL—BUS)、PCI总线、PC104总线等几种类型工控机，主机CPU类型有80386、80486、Pentium等。

PC/104总线:凭借小尺寸优势，在小型军事和医疗设备领域还有进一步扩大市场的可能。PC/104通过PC/104-plus兼容PCI总线，向高性能应用拓展。

PCI总线是由Intel公司推出的一种局部总线。它定义了32位数据总线，且可扩展为64位。PCI总线主板插槽的体积比原ISA总线插槽还小，其功能比VESA、ISA有极大的改善，支持突发读写操作，最大传输速率可达132MB/s，可同时支持多组外围设备。

CompactPCI总线工控机:随着CompactPCI总线冗余设计技术、热插拔技术、自诊断技术的成熟，构造高可用性系统的简化，CompactPCI总线工控机技术将得到迅速普及和广泛应用，成为国内继STD总线工控机、IPC工控机之后最具普及前景的新一代高性能工控机。

3.VME总线工控机它采用VME总线，主机CPU类型以Motoro1a公司的M68000、M68020和M68030为主。

VME/VXI总线，在军事设备和大型测试系统方面占有很大的市场份额，但已经受到CompactPCI/PXI产品强有力的冲击。目前还不会在大范围内被CompactPCI/PXI产品所取代。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。

广义而言，工控机的类型更广些，主要有IPC工控机，PLC可编程序控制器，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。2.3.2PC总线1.PC总线工业控制机主要特点(1)兼容性好、升级容易(2)性能价格比高(3)丰富的软件支持(4)通信功能强(5)可靠性高工业PC均比普通PC提高2—3倍。2.PC总线工业控制机体系结构工业PC(IPC)是以PC总线(ISA，VESA，PCI总线)为根底构成的工业计算机。IPC构成图如下所示。打印机硬盘键盘软驱彩色显示器显示卡ALL—IN—ONE主机板扩充模板扩充模板光驱电源串行口RS-232C打印口键盘口IDE口ISABUSIPC构成原理3.工业控制机机械结构以下图描述了工业PC机械结构组成。防尘与保证运行安全的带锁门电源、硬盘及键盘的状态指示灯RESET键、KEYBOARD-LOCK键带可拆卸空气过滤器的面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、软驱框架防震的可调节夹钳用于安装特殊连接器或扩展电缆的面板加固型金属机箱14槽PC总线底版电源on/off键防震动,防电磁干扰,适合工业环境4.PC总线标准规范ISA总线较为成熟，工业PC机主要以ISA总线、PCI总线为主流。ISA总线信号定义ISA总线的98根信号线如下图所示4.PC总线标准规范ISA总线较为成熟，工业PC机主要以ISA总线、PCI总线为主流。ISA总线信号定义ISA总线的98根信号线如下图所示4.PC总线标准规范ISA总线较为成熟，工业PC机主要以ISA总线、PCI总线为主流。ISA总线信号定义ISA总线的98根信号线如下图所示4.PC总线标准规范ISA总线较为成熟，工业PC机主要以ISA总线、PCI总线为主流。ISA总线信号定义ISA总线的98根信号线如下图所示4.PC总线标准规范

ISA总线较为成熟，工业PC机主要以ISA总线、PCI总线为主流。ISA总线信号定义ISA总线的98根信号线如下图所示24位地址总线，16位数据总线，控制总线及电源和地线构成.信号线定义如下：CLK(输出，第B20脚)是一个8MHz系统时钟信号。RESET(输出，第B2脚)在系统上电或从过电压恢复时复位或初始化系统逻辑。

SA0～SA19(输入／输出，第A31～12脚),LA17～LA23(输入／输出，第C8～C2脚)为地址线.SD0～SD15(输入／输出，第A9～A2脚、C11～C18脚)16位数据总线，SD0是最低有效位，SD15是最高有效位。

IRQ3～IRQ7，IRQ9～IRQ12，IRQ14～IRQ15(输入第B25～B21，B4，D3～D7脚)为中断请求信号。它们用来通知微处理器注意I／O装置的请求。

(输入／输出，第B14脚)为I／O读信号，它指示I／O装置把数据送到数据总线上。(输入／输出，第B13脚)为I／O写信号，它指示I／O装置读取数据总线上的数据。AEN(输出，第A11脚)为地址允许信号，用于把微处理器及其他装置从I／O通道上释放以便能够执行DMA传送。当此线有效时，DMA控制器将控制地址总线，数据总线读取命令线(存储器和I／O通道)及写命令线(存储器和I／O)。(输入，第D2脚)“I／O16位芯片选择〞用来通知系统主板，当前的数据传送是一个16位的、等待状态的I／O周期。它的驱动来自地址的译码。ISA总线可提供24位存储器地址，数据访问可选择8位或16位。2.4可编程控制器PLC

2.4.1PLC的根本组成PLC是一种以微处理器为核心的用作控制的特殊计算机，PLC的逻辑框图如以下图所示。外设接口输入部件I/O扩展单元输出部件I/O扩展口ROMRAM后备电源电源CPU编程装置计算机其他外设接收现场信号驱动受控元件PLC逻辑框图2.4.2PLC各组成局部1.中央处理单元CPUCPU是PLC的核心部件,通过输入装置读入外设的状态,由用户程序去处理,并根据处理结果通过输出装置去控制外设.一般的中型可编程控制器多为双微处理器系统。一个是字处理器，多为8位或16位的微处理器．另一个是位处理器，也称布尔处理器。2.存储器在可编程控制器系统中，存储器主要存放系统程序、用户程序及工作数据。由PROM，EPROM，EEPROM，MMC及RAM等组成。系统程序由生产厂家确定,和机器的硬件相关,完成系统诊断,命令解释,等各种功能.系统程序在PLC使用过程中不变,由ROM来存放.3.输入／输出部件(I/O单元)PLC通过I/O单元与工业生产现场相联系,检测到生产过程中的各种参数,并将这些参数送入PLC进行处理,PLC将处理结果再送给生产过程,以实现控制.I／O单元主要类型有：数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出等。

西门子PLC200系列300系列400系列单片机定义单片机也被称为微控制器〔Microcontroller〕，是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器开展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。2.5单片机应用领域1.在智能仪器仪表上的应用:单片机具有体积小、功耗低、控制功能强等优点，广泛应用于仪器仪表中，2.在工业控制中的应用:用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。

3.在家用电器中的应用:从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。

4.在计算机网络和通信领域中的应用:从，机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动，集群移动通信，无线电对讲机等。

5.单片机在医用设备领域中的应用:单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。

6.单片机在汽车设备领域中的应用

以下图是用单片机实现过程控制的典型结构原理框图。程序存储器EPROMI/O打印机绘图仪

显示器键盘程序存储器RAMI/O扩展数字量测量模拟量测量开关量控制开关量控制光电隔离光电隔离光电隔离A/DD/A单片机I/O测控部分基本部分外设部分单片机过程控制原理框图2.6单回路数字调节器单回路数字调节器(Sing1eStrategyController，简称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，其结构原理如以下图所示。模拟输出切换开关……-DO1开关量输出TXDRXDDO4DI1DI4AI1AI4AO1AO4………………+通信接口PIAMPU继电器EPROMEAPROM光电隔离模拟输入切换开关RAM显示V/IV/ID/A键盘单回路数字调节器的结构原理PIAMPU单元是调节器的核心，它包括微处理