机电一体化原理及应用第四章.ppt

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1、第四章第四章 工业控制计算机及其接口技术工业控制计算机及其接口技术 4.1 概述概述 4.1.1 工业控制计算机的概念与特点工业控制计算机的概念与特点 1.工业控制计算机的概念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IPCIndustry 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。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

2、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 工业控制计算机与计算机系统相比较，具有以下主要特工业控制计算机与计算机系统相比较，具有以下主要特工业控制计算机与计算机系统相比较，具有以下主要特工业控制计算机与计算机系统相比较，具有以下主要特点：点：点：点：(1)(1)具有丰富的过程输入具有丰富的过程输入具有丰富的过程输入具有丰富的过程输入/输出输出输出输出(I/O)(I/O)功能功能功能功能

3、工业控制计算机是与工业生产控制系统紧密结合，主要工业控制计算机是与工业生产控制系统紧密结合，主要面向机电一体化产品和成套装置控制应用的要求，与生面向机电一体化产品和成套装置控制应用的要求，与生产工艺过程和机械设备相匹配的一个有机组成部分。它产工艺过程和机械设备相匹配的一个有机组成部分。它必须与控制仪表、显示仪表、检测仪表、执行器以及联必须与控制仪表、显示仪表、检测仪表、执行器以及联锁保护系统联用，才能完成对各种设备和工艺装置的控锁保护系统联用，才能完成对各种设备和工艺装置的控制。制。因此，除了计算机的基本部分如因此，除了计算机的基本部分如CPUCPU、存储器外、存储器外，还必须有丰富的过程输入

4、输出设备，还必须有丰富的过程输入输出设备(相对于数据处理相对于数据处理机机)和完善的外部设备，这些是工业控制机能否投入运行和完善的外部设备，这些是工业控制机能否投入运行的重要条件。的重要条件。2(2)(2)实时性高实时性高n n 所谓的所谓的“实时实时”，是指信号的输入、计算和，是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间内完成，亦即输出都要在一定的时间内完成，亦即“及时及时”，超出这个时限，就失去了控制的时机，控制也就超出这个时限，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。失去了意义。n n 工业控制机具有时间驱动和事件驱动的能力，工业控制机具有时间驱动和事件驱动的能力，要能对生产过程工况变化实

5、时地进行监视和控制。要能对生产过程工况变化实时地进行监视和控制。当过程参数出现偏差甚至故障时，能迅速响应，当过程参数出现偏差甚至故障时，能迅速响应，予以判断，及时处理。为此，通常需配有实时操予以判断，及时处理。为此，通常需配有实时操作系统，完善的中断系统等，没有这些就无法很作系统，完善的中断系统等，没有这些就无法很好地执行工业控制任务。好地执行工业控制任务。3(3)(3)具有高可靠性具有高可靠性具有高可靠性具有高可靠性n n 工业生产过程通常是昼夜连续的，一般的生工业生产过程通常是昼夜连续的，一般的生产装置要几个月甚至一年才大修一次，非正常停产装置要几个月甚至一年才大修一次，非正常停机往往会造

6、成还很大的损失，这就要求工业控制机往往会造成还很大的损失，这就要求工业控制机可靠性尽可能的高。机可靠性尽可能的高。因此它要求：因此它要求：n n 低故障率；低故障率；低故障率；低故障率；一般来说，要求工业控制机的平一般来说，要求工业控制机的平均故障间隔时间均故障间隔时间(MTBF)(MTBF)不应低于数千甚至上万小不应低于数千甚至上万小时。时。n n 短的故障修复时间短的故障修复时间短的故障修复时间短的故障修复时间(MTTR)(MTTR)；可采用冗余技术，可采用冗余技术，更换模板容易，能够热拔插。更换模板容易，能够热拔插。n n 运行效率高；运行效率高；运行效率高；运行效率高；一定时间内一定时

7、间内(例如一年例如一年)，运行，运行时间占整个时间的比率一般要求时间占整个时间的比率一般要求9999以上。以上。4n n(4)环境适应性强环境适应性强 n n 工业现场环境恶劣，工业控制计算机必须采取必要的工业现场环境恶劣，工业控制计算机必须采取必要的措施，适应高温、高湿、腐蚀、振动冲击、灰尘等环境。措施，适应高温、高湿、腐蚀、振动冲击、灰尘等环境。例如，工业现场环境下电、磁干扰严重，供电条件不良，例如，工业现场环境下电、磁干扰严重，供电条件不良，工业控制机必须有极高的电磁兼容性，有高抗干扰能力和工业控制机必须有极高的电磁兼容性，有高抗干扰能力和共模抑制能力。共模抑制能力。n n(5)有丰富的

8、应用软件有丰富的应用软件 n n 工业控制软件正向结构化、组态化发展。工业控制计工业控制软件正向结构化、组态化发展。工业控制计算机一般与算机一般与PCPC机兼容，在机兼容，在PCPC机上运行的软件一般都可以机上运行的软件一般都可以在工业控制计算机上运行。在工业控制计算机上运行。5n n(6)技术综合性要求高技术综合性要求高 n n 工业控制计算机应用是系统工程问题。除了要解决计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接口，如何适应复杂的工业

9、环境，如何与工艺过程与企业管理相结合等一系列问题。管理相结合等一系列问题。n n以上是工业控制计算机和其它类型计算机相比的区别以上是工业控制计算机和其它类型计算机相比的区别64.1.2 微型计算机系统总线的概念微型计算机系统总线的概念 n n总线：微型计算机系统中信号线的集合，是一种传送规定总线：微型计算机系统中信号线的集合，是一种传送规定总线：微型计算机系统中信号线的集合，是一种传送规定总线：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，通过它可以把各种信息的公共通道，有时亦称数据公路，通过它可以把各种信息的公共通道，有时亦称数据公路，通过它可以把各种信息的公

10、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。数据和命令传送到各自要去的地方。数据和命令传送到各自要去的地方。数据和命令传送到各自要去的地方。n n在微型计算机系统中广泛采用三总线的结构形式在微型计算机系统中广泛采用三总线的结构形式在微型计算机系统中广泛采用三总线的结构形式在微型计算机系统中广泛采用三总线的结构形式n n数据总线、地址总线和控制总线。数据总线、地址总线和控制总线。数据总线、地址总线和控制总线。数据总线、地址总线和控制总线。7n n数据总线上传送的是数据信息数据总线上传送的是数据信息数据总线上传送的是数据信息数据总线上传送的是数据信息。n n 通常通常

11、通常通常8 8位微处理器有位微处理器有位微处理器有位微处理器有8 8位数据总线，位数据总线，位数据总线，位数据总线，1616位微处理器有位微处理器有位微处理器有位微处理器有1616位数据总线，位数据总线，位数据总线，位数据总线，3232位的微处理器则有位的微处理器则有位的微处理器则有位的微处理器则有3232位数据总线。当然，位数据总线。当然，位数据总线。当然，位数据总线。当然，也有例外，如采用复用等办法。也有例外，如采用复用等办法。也有例外，如采用复用等办法。也有例外，如采用复用等办法。n n地址总线是单向的地址总线是单向的地址总线是单向的地址总线是单向的。n n 微处理器要用地址确切指定与之

12、通信的外部硬件。每微处理器要用地址确切指定与之通信的外部硬件。每微处理器要用地址确切指定与之通信的外部硬件。每微处理器要用地址确切指定与之通信的外部硬件。每一个存储单元有一个地址，每一个接口也有一个地址。一个存储单元有一个地址，每一个接口也有一个地址。一个存储单元有一个地址，每一个接口也有一个地址。一个存储单元有一个地址，每一个接口也有一个地址。n n控制总线是用来确定数据总线上信息流时间序列的。控制总线是用来确定数据总线上信息流时间序列的。控制总线是用来确定数据总线上信息流时间序列的。控制总线是用来确定数据总线上信息流时间序列的。n n微型计算机系统总线是影响计算机性能的瓶颈。微型计算机系统

13、总线是影响计算机性能的瓶颈。微型计算机系统总线是影响计算机性能的瓶颈。微型计算机系统总线是影响计算机性能的瓶颈。84.1.3 常用的工业控制计算机总线常用的工业控制计算机总线 n n1.IBM PC总线和AT总线n n IBM IBM PCPC总总线线是是IBM IBM PCPCXTXT个个人人计计算算机机采采用用的的微微型型机机总总线线，它它是是针针对对 Intel Intel 80888088微微处处理理器器设设计计的的，它它有有6262条条信信号号线线，以以适适应应80888088的的8 8位位数数据据线线和和2020位位地地址址线线。这这种种总总线线是是用用户户在在 IBM IBM P

14、CPCXTXT机机的大母板上扩展的大母板上扩展 I IOO模板的模板的 I IOO总线。总线。n n 为了和为了和 Intel 80286 Intel 80286等高性能等高性能1616位微处理器兼容，位微处理器兼容，IBMIBM公司在公司在 PC PC总线基础上增加了一个总线基础上增加了一个3636个引脚的个引脚的ATAT扩展插座而形成扩展插座而形成1616位的位的ATAT总线，总线，IBMIBMATAT及其及其兼容机机箱中，通常在母板上分别设置几个兼容机机箱中，通常在母板上分别设置几个ATAT插插槽和槽和PCPC插槽，这种结构也称之为插槽，这种结构也称之为IBMIBM公司的公司的ISA I

15、SA(Industrial Standard Architecture)(Industrial Standard Architecture)结构，即工业标准结构，即工业标准结构。结构。9工业标准结构 ISA10n n 2.PC 104总线总线 PC/104PC/104是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线线线线,近年来在国际上广泛流行，被近年来在国际上广泛流行，被近年来在国际上广泛流行，被近年来在国际上广泛流行，被IEEEIEEE协会定义为。我们协会定义为。我们协会定义为

16、。我们协会定义为。我们知道，知道，知道，知道，IEEE-P996 IEEE-P996是是是是PCPC和和和和PC/ATPC/AT工业总线规范，而从工业总线规范，而从工业总线规范，而从工业总线规范，而从PC/104PC/104被定义为被定义为被定义为被定义为IEEE-P996.1 IEEE-P996.1 就可以看出，就可以看出，就可以看出，就可以看出，PC/104PC/104实质上实质上实质上实质上是一种紧凑型，小型化的是一种紧凑型，小型化的是一种紧凑型，小型化的是一种紧凑型，小型化的IEEE-P996.IEEE-P996.其型号定义和其型号定义和其型号定义和其型号定义和PC/ATPC/AT基本

17、一致，但电气和机械规范却完全不同，是一种基本一致，但电气和机械规范却完全不同，是一种基本一致，但电气和机械规范却完全不同，是一种基本一致，但电气和机械规范却完全不同，是一种优化的，小型堆栈式结构的嵌入式控制系统。优化的，小型堆栈式结构的嵌入式控制系统。优化的，小型堆栈式结构的嵌入式控制系统。优化的，小型堆栈式结构的嵌入式控制系统。n nPC/104PC/104模块本质上就是尺寸缩小为模块本质上就是尺寸缩小为模块本质上就是尺寸缩小为模块本质上就是尺寸缩小为3.8 X 3.9 3.8 X 3.9 的的的的ISAISA总线总线总线总线板卡。板卡。板卡。板卡。11PC 104 PC 104 模块模块模

18、块模块12PC 104PC 104总线工业控制计算机的应用总线工业控制计算机的应用总线工业控制计算机的应用总线工业控制计算机的应用n n 标准结构的标准结构的IPCIPC机有许多局限性，主要问题是体积和功耗太机有许多局限性，主要问题是体积和功耗太大，在许多嵌入式应用中大，在许多嵌入式应用中(例如例如航空航天产品，智能仪器仪表，航空航天产品，智能仪器仪表，航空航天产品，智能仪器仪表，航空航天产品，智能仪器仪表，医疗设备，通信设备，机电一体化产品等医疗设备，通信设备，机电一体化产品等医疗设备，通信设备，机电一体化产品等医疗设备，通信设备，机电一体化产品等)无法胜任，因而在在无法胜任，因而在在808

19、0年代末产生了采用基于模块化设计方法的嵌入式工业年代末产生了采用基于模块化设计方法的嵌入式工业PCPC系统。系统。n n PC/104 PC/104总线模块系统已成为嵌入式总线模块系统已成为嵌入式PCPC机的标准。大量应用机的标准。大量应用于工业设备，仪器，医疗设备，通信设备等嵌入式应用场合，于工业设备，仪器，医疗设备，通信设备等嵌入式应用场合，而这些应用场合，既需要而这些应用场合，既需要PCPC机的软硬件环境，又需要模块化、机的软硬件环境，又需要模块化、标准化、小型化和低功耗的设计，这就需要建立嵌入式标准化、小型化和低功耗的设计，这就需要建立嵌入式PCPC机的机的标准，以便缩短产品的开发周期

20、，降低开发成本，减少设备投标准，以便缩短产品的开发周期，降低开发成本，减少设备投资，从而降低产品或系统的价格。资，从而降低产品或系统的价格。n n 虽然虽然PC/104PC/104总线工控机的功耗低，但其驱动能力差总线工控机的功耗低，但其驱动能力差(4mA)(4mA)，其扩展能力和维护性也受到限制，使其在工业过程控制和自动其扩展能力和维护性也受到限制，使其在工业过程控制和自动化 领 域 的 应 用 范 围 受 到 一 定 的 局 限。化 领 域 的 应 用 范 围 受 到 一 定 的 局 限。13n n3.STD总线总线n nSTDSTD总线是一种面向工业控制的总线总线是一种面向工业控制的总线

21、总线是一种面向工业控制的总线总线是一种面向工业控制的总线,STD,STD总线是由总线是由总线是由总线是由Pro-Pro-LogLog公司作为工业标准发明的，公司作为工业标准发明的，公司作为工业标准发明的，公司作为工业标准发明的，19871987年，年，年，年，STDSTD总线被批准总线被批准总线被批准总线被批准为为为为IEEE961IEEE961标准。标准。标准。标准。n nSTDSTD总线是总线是总线是总线是5656条信号线的并行底板总线，它实际上是由四条信号线的并行底板总线，它实际上是由四条信号线的并行底板总线，它实际上是由四条信号线的并行底板总线，它实际上是由四条小总线组成的，这些小总线

22、是：条小总线组成的，这些小总线是：条小总线组成的，这些小总线是：条小总线组成的，这些小总线是：8 8根双向数据线，根双向数据线，根双向数据线，根双向数据线，1616根根根根地址线，地址线，地址线，地址线，2222根控制总线和根控制总线和根控制总线和根控制总线和1010根电源及地线。根电源及地线。根电源及地线。根电源及地线。STD总线的特点：(1)小板结构小板结构(165*114)，高度的模块化，高度的模块化“轻、薄、短、小轻、薄、短、小”。(2)严格的标准化，广泛的兼容性；严格的标准化，广泛的兼容性；STD总线模板设计有严总线模板设计有严格的标准化要求格的标准化要求。(3)面向面向I/O的设计

23、，非常适合工业控制应用，的设计，非常适合工业控制应用，(4)高可靠性高可靠性 14n nSTD90486 n n80486DX4-100或5X86-133CPU板（4MB64MB）DRAM,实时时钟,硬件看门狗，两串一并，两硬两软，打印机接口，复位按扭，与PC/AT全兼容。15n n4.PCI4.PCI总线总线总线总线 n nPCIPCI总线由总线由总线由总线由INTELINTEL公司在公司在公司在公司在19911991年首先提出，并在同年联合世界上年首先提出，并在同年联合世界上年首先提出，并在同年联合世界上年首先提出，并在同年联合世界上多家公司成立了多家公司成立了多家公司成立了多家公司成立了

24、 PCISIG PCISIG，致力于促进，致力于促进，致力于促进，致力于促进 PCI PCI局部总线工业标准的局部总线工业标准的局部总线工业标准的局部总线工业标准的建立和发展建立和发展建立和发展建立和发展 1992 1992年，年，年，年，PCISIGPCISIG发布了发布了发布了发布了PCIPCI局部总线规范，经修改局部总线规范，经修改局部总线规范，经修改局部总线规范，经修改后，于后，于后，于后，于9393年发布了规范，年发布了规范，年发布了规范，年发布了规范，9595年发布了规范，并于年发布了规范，并于年发布了规范，并于年发布了规范，并于9595年年年年6 6月月月月1 1日开始日开始日开

25、始日开始生效生效生效生效 n nPCIPCI总线是一种高性能的总线是一种高性能的总线是一种高性能的总线是一种高性能的32/6432/64位总线。它具有以下几个特点：位总线。它具有以下几个特点：位总线。它具有以下几个特点：位总线。它具有以下几个特点：n n(1)(1)高性能高性能高性能高性能n n 数据传送速率可高达数据传送速率可高达数据传送速率可高达数据传送速率可高达132MB/s,132MB/s,远远超过标准远远超过标准远远超过标准远远超过标准ISAISA总线总线总线总线8MB/s8MB/s的速率。的速率。的速率。的速率。16（2 2）低成本）低成本）低成本）低成本n n 优化了芯片内部连接

26、。采用多路复用结构减少了引脚优化了芯片内部连接。采用多路复用结构减少了引脚优化了芯片内部连接。采用多路复用结构减少了引脚优化了芯片内部连接。采用多路复用结构减少了引脚数，对目标设备仅数，对目标设备仅数，对目标设备仅数，对目标设备仅4747根信号线，对主设备仅根信号线，对主设备仅根信号线，对主设备仅根信号线，对主设备仅4949根信号线。根信号线。根信号线。根信号线。(3)PCI的开放性的开放性 PCI是一种标准的，开放式总线标准，是一种标准的，开放式总线标准，PCI互配置空间规范互配置空间规范能保证全系统的自动配置，实现即插即用能保证全系统的自动配置，实现即插即用PnP，这极大地增加，这极大地增

27、加了系统的易用性了系统的易用性 174.2 工业控制计算机产品的种类及其选择工业控制计算机产品的种类及其选择n n4.2.1 4.2.1 工业控制计算机广泛应用的主要原因工业控制计算机广泛应用的主要原因工业控制计算机广泛应用的主要原因工业控制计算机广泛应用的主要原因n n (1)(1)工业控制计算机与工业控制计算机与PCPCATAT软件兼容，使原软件兼容，使原PCPC机上的庞大软件资源，原则上不加修改就能移机上的庞大软件资源，原则上不加修改就能移到工业控制计算机上运行，节省了用户大量的开到工业控制计算机上运行，节省了用户大量的开发时间，减少了培训费用，使工业控制计算机一发时间，减少了培训费用，

28、使工业控制计算机一上市后就拥有大量的新老用户。上市后就拥有大量的新老用户。n n (2)(2)由于开放性结构和软硬件标准公开，既使由于开放性结构和软硬件标准公开，既使制造厂商乐于合作或向其靠拢、也便于用户自行制造厂商乐于合作或向其靠拢、也便于用户自行开发，从而使其应用范围不断地扩大，促使产品开发，从而使其应用范围不断地扩大，促使产品种类更加丰富。种类更加丰富。18n n(3)(3)各类高性能各类高性能I IOO模板作为成熟的工业化产品与工业控模板作为成熟的工业化产品与工业控制计算机配套使用，性能价格比不断提高，使用户可在短制计算机配套使用，性能价格比不断提高，使用户可在短时间内很快构成所需的应

29、用控制系统，投入实际运行，创时间内很快构成所需的应用控制系统，投入实际运行，创造了很好的效益。造了很好的效益。n n(4)(4)由于电子技术的不断进步，使工业控制计算机本身的由于电子技术的不断进步，使工业控制计算机本身的性能指标不断得以提高，使工业控制计算机的可靠性远远性能指标不断得以提高，使工业控制计算机的可靠性远远高于一般的高于一般的PCPC机，现已能适应工业环境的基本要求。机，现已能适应工业环境的基本要求。n n(5)(5)通信、网络技术的引入，特别是实时工业网络产品的通信、网络技术的引入，特别是实时工业网络产品的面市，使采用工业控制计算机作为节点机，再经联网组合，面市，使采用工业控制计

30、算机作为节点机，再经联网组合，构成高性能集散控制系统构成高性能集散控制系统(DCS)(DCS)的方案成为可能。通过网的方案成为可能。通过网络形式，将多台工业控制计算机相连，能完成较复杂的控络形式，将多台工业控制计算机相连，能完成较复杂的控制任务，同时通过网络连接，组成模块化的多级系统体系，制任务，同时通过网络连接，组成模块化的多级系统体系，具有可靠性高、灵活性强的持点，更便于构成具有可靠性高、灵活性强的持点，更便于构成“管控一体管控一体化化”的体系，具有很强的实用价值。的体系，具有很强的实用价值。19工业控制计算机的种类1.1.加固型工业控制计算机加固型工业控制计算机加固型工业控制计算机加固型

31、工业控制计算机 目前流行的一般工业控制计算机多采用全钢标目前流行的一般工业控制计算机多采用全钢标准机架机箱，基本配置与一般准机架机箱，基本配置与一般PCPC机相同，芯片采用机相同，芯片采用工业级芯片，采用工业级芯片，采用无源母板无源母板和和ALLINONEALLINONE主板，主板，留有多个槽口供插入各类留有多个槽口供插入各类I IOO模扳作扩展之用，选模扳作扩展之用，选用工业级抗干扰电源，机箱带防震夹，采用半导体用工业级抗干扰电源，机箱带防震夹，采用半导体虚拟存储器磁盘卡和加保护膜的键盘。这些结构上虚拟存储器磁盘卡和加保护膜的键盘。这些结构上的改造提高了工业控制计算机对工业现场环境的适的改造

32、提高了工业控制计算机对工业现场环境的适应性。但就其本质而言还只是一般应性。但就其本质而言还只是一般PCPC机的改良型，机的改良型，还必须在可靠性，抗干扰能力及模板设计等方面采还必须在可靠性，抗干扰能力及模板设计等方面采取新的措施。取新的措施。20n n典型产品为研华公司的典型产品为研华公司的6xx6xx系列产品系列产品 IPC-610 IPC-610 全钢结构的机箱满足全钢结构的机箱满足EIA RS-310C 19”EIA RS-310C 19”架装标架装标准。它能安装多款准。它能安装多款1414槽槽ISAISA或或PCIPCI总线无源底板和总线无源底板和多款工业电源多款工业电源,构成多款构成

33、多款IPCIPC系统。系统。突出的特点是突出的特点是防尘、抗震、抗冲击，并能适应工业环境下很宽防尘、抗震、抗冲击，并能适应工业环境下很宽的温度变化要求。机箱前面板上带防尘网的风扇的温度变化要求。机箱前面板上带防尘网的风扇向箱体内吹风，使箱体内产生正压用以防尘。机向箱体内吹风，使箱体内产生正压用以防尘。机箱的前门带锁箱的前门带锁,可防止电源开关、复位开关等被误可防止电源开关、复位开关等被误操作，增加了安全性。操作，增加了安全性。216xx系列产品外形系列产品外形2223冷却系统冷却系统24内部结构内部结构 25驱动器安装架驱动器安装架26外形尺寸外形尺寸27ISA总线无源底板总线无源底板 28I

34、SA+PCI总线无源底板总线无源底板29CPU卡卡30312.面板式工业控制机面板式工业控制机(Panel Computer)n n n n 这是一种紧凑型的工业控制机。它是一种将这是一种紧凑型的工业控制机。它是一种将主机、显示器主机、显示器(触模式屏幕，可代替键盘触模式屏幕，可代替键盘)、电源、电源、软盘驱动器和串行接口集中在一起的一体化工业软盘驱动器和串行接口集中在一起的一体化工业控制机，具有体积小巧、重量轻的特点。显示器控制机，具有体积小巧、重量轻的特点。显示器为超薄型显示器。彩色显示器有为超薄型显示器。彩色显示器有TFTTFT型及型及STNSTN型。型。单色显示器有单色显示器有LCDL

35、CD和和ELEL型之分。这种紧凑型工业型之分。这种紧凑型工业控制机非常适合于应用在对计算机系统体积要求控制机非常适合于应用在对计算机系统体积要求比较高的机电一体化系统中。比较高的机电一体化系统中。32333.工业工作站工业工作站 n n 这是一种将这是一种将IPCIPC主机、显示器、操作面板集为主机、显示器、操作面板集为一体的一体的IPCIPC机。主机采用主流机。主机采用主流CPUCPU。显示器可采用。显示器可采用一般的一般的1414英寸英寸-20-20英寸彩色英寸彩色CRTCRT显示器，也可采显示器，也可采用用LCDLCD显示器。操作面板为操作式键盘。采用显示器。操作面板为操作式键盘。采用l

36、 9l 9英寸架装结构，工业工作站具有很强的信息处理英寸架装结构，工业工作站具有很强的信息处理能力和大量的能力和大量的I/OI/O扩展槽。可以作为中小型控制系扩展槽。可以作为中小型控制系统的工作站或主机。统的工作站或主机。3435364 CompactPCI 工业控制计算机工业控制计算机n nCompactPCICompactPCI是是compact peripheral component compact peripheral component interconnect interconnect 的英文缩写，意思是的英文缩写，意思是“坚实的坚实的PCI”PCI”。简单地说，简单地说，Com

37、pactPCICompactPCI是是PCIPCI总线的电气和软件标总线的电气和软件标准加欧式卡的工业组装标准，它是当今最新的一准加欧式卡的工业组装标准，它是当今最新的一种工业计算机标准。种工业计算机标准。373839404142CompactPCICompactPCI与传统工业与传统工业与传统工业与传统工业PCPC相对比，具有以下几个特性：相对比，具有以下几个特性：相对比，具有以下几个特性：相对比，具有以下几个特性：n n维护性：维护性：n n 从传统工业从传统工业PCPC系统上更换一块板卡常常是相当耗时的；系统上更换一块板卡常常是相当耗时的；用户需松开并移去机箱盖，从板卡上断开所有连接，换

38、卡，用户需松开并移去机箱盖，从板卡上断开所有连接，换卡，重新连线，重新上机箱盖。由于板卡与外围设备之间可能重新连线，重新上机箱盖。由于板卡与外围设备之间可能会有一些内部连接电缆。而换卡时必须将这些连线断开，会有一些内部连接电缆。而换卡时必须将这些连线断开，因此这一过程是很容易出错的。所以在维护性方面，传统因此这一过程是很容易出错的。所以在维护性方面，传统工业工业PCPC系统无法做到像系统无法做到像CompactPCICompactPCI系统这样简洁而高效。系统这样简洁而高效。n n 另一方面，另一方面，CompactPCICompactPCI设计为可以从前面板拔插板卡。设计为可以从前面板拔插板

39、卡。更换更换CompactPCICompactPCI板卡非常简单，无需拆下机箱盖。此外，板卡非常简单，无需拆下机箱盖。此外，如果如果I/OI/O接线都是通过后面板时，前面接线都是通过后面板时，前面CompactPCICompactPCI板卡上板卡上没有任何连线，更换板卡非常快捷简便，维护时间将会大没有任何连线，更换板卡非常快捷简便，维护时间将会大大缩短。大缩短。n n CompactPCI CompactPCI支持热插拔技术支持热插拔技术,就是说不用关闭计算机系就是说不用关闭计算机系统电源来插拔或更换计算机配件，支持热切换。统电源来插拔或更换计算机配件，支持热切换。43n n抗震性：抗震性：抗

40、震性：抗震性：n n 传统工业传统工业PCPC不能对系统中的外围设备板上提不能对系统中的外围设备板上提供可靠而安全的支持，插于其中的板卡只固定于供可靠而安全的支持，插于其中的板卡只固定于一点。卡的顶端和底部也没有导轨支持，因此卡一点。卡的顶端和底部也没有导轨支持，因此卡与槽的连接处也容易在震动中接触不良。与槽的连接处也容易在震动中接触不良。n n CompactPCI CompactPCI卡牢牢地固定在机箱上，顶端和底卡牢牢地固定在机箱上，顶端和底部均有导轨支持。前面板紧固装置将前面板与周部均有导轨支持。前面板紧固装置将前面板与周围的机架安全地固定在一起。围的机架安全地固定在一起。卡与槽的连接

41、部分卡与槽的连接部分通过针孔连接器紧密地连接。通过针孔连接器紧密地连接。由于卡的四面均将由于卡的四面均将其牢牢地固定地其位置上，因此即使在剧烈的冲其牢牢地固定地其位置上，因此即使在剧烈的冲击和振动场合也能保证持久连接而不会接触不良。击和振动场合也能保证持久连接而不会接触不良。44n n通风性：通风性：通风性：通风性：n n 传统的工业传统的工业PCPC机箱内空气流动不畅，不能有机箱内空气流动不畅，不能有效散热，空气流通为无源底板，板卡支架和磁盘效散热，空气流通为无源底板，板卡支架和磁盘驱动器所阻塞。冷空气不能在所有板卡间循环流驱动器所阻塞。冷空气不能在所有板卡间循环流动，热空气也不能立刻排出机

42、箱外。电子设备和动，热空气也不能立刻排出机箱外。电子设备和电路板可能会因这些冷却问题而损坏，导致电路电路板可能会因这些冷却问题而损坏，导致电路板变形，断线以及元件寿命缩短等。板变形，断线以及元件寿命缩短等。CompactPCICompactPCI系统为系统中所有的发热板卡提供了顺畅的散热系统为系统中所有的发热板卡提供了顺畅的散热路径。冷空气可以随意在板卡间流动，并将热量路径。冷空气可以随意在板卡间流动，并将热量带走。集成在板卡底部的风扇系统也加速了散热带走。集成在板卡底部的风扇系统也加速了散热过程。由于良好的机械设计带来通畅的散热路径，过程。由于良好的机械设计带来通畅的散热路径，Compact

43、PCICompactPCI系统极少出现散热方面的问题。系统极少出现散热方面的问题。454.2.3 工业控制计算机的选择工业控制计算机的选择n n1 选择合适的主机档次选择合适的主机档次(CPU档次档次)n n2 根据不同的应用场合选择合适的型号根据不同的应用场合选择合适的型号n n3 内存、外存配置内存、外存配置464.3 工业控制机接口模板及应用工业控制机接口模板及应用n n4.3.1 4.3.1 概述概述概述概述n n 应用工业控制计算机对设备进行控制时，首先要把应用工业控制计算机对设备进行控制时，首先要把各种测量参数送入计算机中。计算机对这些采样数据进各种测量参数送入计算机中。计算机对这

44、些采样数据进行一系列计算处理后将结果数据输出。计算机的输出结行一系列计算处理后将结果数据输出。计算机的输出结果是以数字量的形式输出的，通常还必须转换成可对过果是以数字量的形式输出的，通常还必须转换成可对过程进行控制的模拟量。因此，构成一个工业控制系统，程进行控制的模拟量。因此，构成一个工业控制系统，除了工业控制计算机主机之外，还需要配备各种用途的除了工业控制计算机主机之外，还需要配备各种用途的I/OI/O接口产品。接口产品。n n 在采用工业控制计算机作为控制系统核心时，通常是在采用工业控制计算机作为控制系统核心时，通常是选用专业厂家生产的选用专业厂家生产的I/OI/O接口模板。接口模板。47

45、常用的各类接口模板常用的各类接口模板常用的各类接口模板常用的各类接口模板输输入入输输出信息来源及用途出信息来源及用途信息种信息种类类相配套的相配套的接口模板接口模板产产品品温度、温度、压压力、物移、力、物移、转转速、流量等来自速、流量等来自现场设现场设备备运行状运行状态态的模的模拟电拟电信号信号模模拟拟量量输输入信息入信息模模拟拟量量输输入模板入模板限位开关状限位开关状态态、数字装置的、数字装置的输输出数出数码码、接点、接点断通状断通状态态、“0”“1”“0”“1”电电平平变变化化数字量数字量输输入信息入信息数字量数字量输输入模板入模板执执行机构的控制行机构的控制执执行、行、记录记录等等(模模

46、拟电拟电流流/电压电压)模模拟拟量量输输出信息出信息模模拟拟量量输输出模板出模板执执行机构的行机构的驱动执驱动执行、行、报报警警显显示蜂示蜂呜呜器等其它器等其它数字量数字量数字量数字量输输出信息出信息数字量数字量输输出模板出模板流量流量计计算、算、电电功率功率计计算、算、转转速、速、长长度度测测量等脉量等脉冲形式冲形式输输入信号入信号脉冲量脉冲量输输入信息入信息脉冲脉冲计计数数/处处理模板理模板操作中断、事故中断、操作中断、事故中断、报报警中断及其它需要中警中断及其它需要中断的断的输输入信号入信号中断中断输输入信息入信息多通道中断控制模板多通道中断控制模板驱动驱动机构机构(步步进电进电机机)的

47、的驱动驱动控制信号控制信号输输出出脉冲信号脉冲信号输输出出步步进电进电机控制模板机控制模板484.3.2 模拟量输入模拟量输入/输出模板输出模板 n n1.HY-60201.HY-6020系列模板系列模板系列模板系列模板 HY-6020 HY-6020模板的性能模板的性能模板的性能模板的性能49HY-6020系列模板外形502.2.组成组成组成组成n nHY6020HY6020系列板原理框图系列板原理框图 513.3.工作原理概述工作原理概述工作原理概述工作原理概述 n nHY-6020HY-6020系列板的系列板的A/DA/D转换触发工作方式，采用软转换触发工作方式，采用软件触发，而数据的传

48、输方式有两种，查询方式和件触发，而数据的传输方式有两种，查询方式和中断方式。模拟电压信号通过输入中断方式。模拟电压信号通过输入/输出插座分别输出插座分别接到模拟输入多路开关上，在软件操作下选通某接到模拟输入多路开关上，在软件操作下选通某一输入通道该通道模拟输入信号被送至放大器及一输入通道该通道模拟输入信号被送至放大器及A/DA/D转换器。转换器。n n通过编程向通过编程向HY-6020/HY-6022HY-6020/HY-6022的的D/AD/A电路分别写入电路分别写入低八位和高四位数据后该板将输出与之相对应的低八位和高四位数据后该板将输出与之相对应的模拟电压信号，当开机或复位计算机时模拟电压

49、信号，当开机或复位计算机时D/AD/A电路电路自动清零自动清零 。524.4.信号输入插座定义信号输入插座定义信号输入插座定义信号输入插座定义 535.5.安装与拆除方法安装与拆除方法安装与拆除方法安装与拆除方法 HY-6020 HY-6020系列板禁止带电插拔接插和拔下引线插头开关的设系列板禁止带电插拔接插和拔下引线插头开关的设置及跳线器选择都必须在断电的情况下进行。置及跳线器选择都必须在断电的情况下进行。54n n 本模板的基地址选择范围是本模板的基地址选择范围是5121016(0200H03F8H)5121016(0200H03F8H)，当开关置当开关置ONON位时该位有，效置位时该位有

50、，效置OFFOFF位时该位无效。位时该位无效。n n模板基地址计算公式如下：模板基地址计算公式如下：n n板基地址板基地址=512(0200H)+=512(0200H)+所有有效位之和所有有效位之和 n n例例 n n 板基地址板基地址=512+128=640=512+128=640 n n或或=0200H+80H=0280H=0200H+80H=0280H 6.6.设置与编程设置与编程设置与编程设置与编程n n(1)(1)板卡基地址选择板卡基地址选择板卡基地址选择板卡基地址选择55(2)(2)寄存器描述及板内地址分配寄存器描述及板内地址分配寄存器描述及板内地址分配寄存器描述及板内地址分配n