第1章 概论 IPC 总线

1、1计算机控制技术计算机控制技术主讲教师：陈主讲教师：陈 进进2有关本课程学习的几点建议有关本课程学习的几点建议 本课程属于本课程属于专业课专业课, ,多媒体上课多媒体上课, ,信息量大信息量大, ,速度块速度块; ;课件内课件内容比较多容比较多, ,上课重点讲解一些内容上课重点讲解一些内容; ;有些内容作为扩展知识面有些内容作为扩展知识面, ,课堂不进行讲解课堂不进行讲解, ,考试不做要求（自学）考试不做要求（自学）; ; 本门的课程的本门的课程的难点在于难点在于: :(1)(1)和和前续课程前续课程的联系的联系, ,温故而知新；记笔记温故而知新；记笔记有条件打印有条件打印; ;(2)(2)前

2、沿性的东西很多前沿性的东西很多, ,新技术新技术, ,新设备不断推陈出新新设备不断推陈出新, ,培养自己培养自己自学能力自学能力 要求要求: :学生把本课件和课本通读一遍学生把本课件和课本通读一遍, ,了解本门课程的总体轮了解本门课程的总体轮廓廓; ;3 参考书籍：参考书籍：1.1.潘新民潘新民 王燕芳王燕芳 微型计算机控制技术微型计算机控制技术 2003 20032.2.胡文金计算机测控应用技术重庆大学胡文金计算机测控应用技术重庆大学 2003 20033.3.林敏林敏 计算机控制技术及工程应用计算机控制技术及工程应用国防工业出版国防工业出版社社 200520054.4.（国外教材）（国外教

3、材）计算机控制系统：原理与设计计算机控制系统：原理与设计( (第第3 3版版) ) 瑞典瑞典 Astrom,WittenmarkAstrom,Wittenmark著著 周兆英翻译周兆英翻译 200120014本门学科发展很快本门学科发展很快, ,技术不断更新技术不断更新; ;5第第1 1章章 概论概论 第第2 2章章(1) (1) 计算机控制的数据采集技术计算机控制的数据采集技术( (前向通道前向通道) )第第2 2章章(2) (2) 计算机控制的后向通道及功率接口技术计算机控制的后向通道及功率接口技术 第第3 3章章 数字程序控制技术数字程序控制技术第第4 4章章 常规及复杂控制技术常规及复

4、杂控制技术第第5 5章章 应用程序设计和实现技术应用程序设计和实现技术(1) (1) 数据处理技术数据处理技术第第5 5章章 应用程序设计和实现技术应用程序设计和实现技术(2) (2) 监控组态软件监控组态软件第第5 5章章 应用程序设计和实现技术应用程序设计和实现技术(3) (3) 抗干扰技术抗干扰技术第第6 6章章 测控网络技术测控网络技术(1) (1) 控制网络技术控制网络技术第第6 6章章 测控网络技术测控网络技术(2) DCS(2) DCS与与FCSFCS第第7 7章章 控制系统设计与工程实现控制系统设计与工程实现理论教学理论教学: (42: (42学时学时) ) 实验教学实验教学4

5、 4* *2 (2 (8 8 学时学时) 42+8=50) 42+8=50成绩评定：成绩评定： 平时占平时占20% (20% (作业作业+ +实验实验+ +考勤考勤+ +课堂笔记）课堂笔记） 期末考试占期末考试占80%80%（闭卷（闭卷 笔试）笔试）lGood Luck !！6第一章第一章: : 绪论绪论本章重点掌握一些基本概念：本章重点掌握一些基本概念：1.1.计算机控制系统计算机控制系统, ,几部分组成；几部分组成；2.2.总线、外部总线、内部总线；总线、外部总线、内部总线；3.3.集散型控制系统；集散型控制系统；4.4.现场总线控制系统；现场总线控制系统；5.5.实时控制、在线方式、离线

6、方式；实时控制、在线方式、离线方式；6.ISA6.ISA、PCIPCI、USBUSB、IEEE1394IEEE1394、AGPAGP总线；总线；71.1 1.1 计算机控制系统概述计算机控制系统概述1.1.1 1.1.1 计算机控制系统及其组成计算机控制系统及其组成1.1.2 1.1.2 计算机控制系统的典型形式计算机控制系统的典型形式1.2 1.2 计算机控制系统的发展概况及趋势计算机控制系统的发展概况及趋势1.2.1 1.2.1 计算机控制系统的发展概况计算机控制系统的发展概况1.2.2 1.2.2 计算机控制系统的发展趋势计算机控制系统的发展趋势1.3 1.3 工业控制机工业控制机IPC

7、IPC1.3.1 IPC1.3.1 IPC结构组成结构组成 1.3.2 IPC1.3.2 IPC总线结构总线结构1.3.3 IPC1.3.3 IPC功能特功能特 1.3.4 IPC1.3.4 IPC产品简介产品简介1.4 IPC1.4 IPC总线结构总线结构1.STD1.STD总线总线 2.PC2.PC总线总线 3.ISA/PCI/USB/1394/AGP 3.ISA/PCI/USB/1394/AGP 8计算机技术计算机技术( (单片机、单片机、IPCIPC、PLC)PLC)自动控制技术自动控制技术传感器技术传感器技术CRTCRT显示技术显示技术通信与网络技术通信与网络技术微电子技术微电子技术

8、 计算机控制系统及其组成计算机控制系统及其组成 计算机控制系统的典型形式计算机控制系统的典型形式 计算机控制系统的发展概况及趋计算机控制系统的发展概况及趋势势9 计算机控制技术及工程应用计算机控制技术及工程应用-是把是把计算机技术与自动化控制计算机技术与自动化控制系统系统融为一体的一门综合性学问融为一体的一门综合性学问, ,是以是以计算机为核心部件计算机为核心部件的的过程控过程控制系统和运动控制系统制系统和运动控制系统. .从计算机应用的角度出发从计算机应用的角度出发, ,自动化控制工自动化控制工程是其重要的一个应用领域；而从自动化控制工程来看程是其重要的一个应用领域；而从自动化控制工程来看,

9、 ,计算机技计算机技术又是一个主要的实现手段术又是一个主要的实现手段. .本课程立足于工业自动化的领域本课程立足于工业自动化的领域, ,讨讨论这种不同于普通计算机的计算机控制系统的结构组成、相关技论这种不同于普通计算机的计算机控制系统的结构组成、相关技术及其工程应用术及其工程应用. .下图为下图为一个一个制药车间制药车间的自动化生产流程的自动化生产流程. 101.1 1.1 计算机控制系统概述计算机控制系统概述(复习)自动控制：在没有人直接参与的情况下自动控制：在没有人直接参与的情况下, ,通过控制器通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行使生产过程自动地按照预定的规律运行. .1.1.1

10、1.1.1计算机控制系统及其组成计算机控制系统及其组成 1 1计算机控制系统的计算机控制系统的定义定义利用利用计算机计算机来实现生产来实现生产过程自动控制的系统过程自动控制的系统. .11输出通道输出通道 D/A输入通道输入通道 A/D对象对象被控变量被控变量y输输 入入通通 道道计算机计算机给定给定1 1）计算机控制系统的）计算机控制系统的工作原理工作原理122 2）在线方式和离线方式）在线方式和离线方式 在线在线方式或方式或联机联机方式：生产过程和计算机方式：生产过程和计算机直接连接直接连接, ,并受并受 计算机控制的方式计算机控制的方式. . 离线离线方式或方式或脱机脱机方式：生产过程方

11、式：生产过程不和计算机相连不和计算机相连, ,且不受计算且不受计算机控制机控制, ,而是靠人进行联系并作相应操作的方式而是靠人进行联系并作相应操作的方式. .（调试）（调试）3 3）实时实时的含义的含义（ Realtime controlRealtime control）：）： 实时：是指信号的输入、计算和输出都要在实时：是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围一定的时间范围内完成内完成. . 实时控制系统实时控制系统必定是在线系统必定是在线系统131.实时实时数据数据采集采集：2.实时实时控制控制决策决策：3.实时实时控制控制输出输出：工作原理：工作原理：对来自测量变送装置的被控变量的

12、对来自测量变送装置的被控变量的瞬时值瞬时值进行进行检测检测和输入；和输入；对采集到的被控变量进行分析和处理对采集到的被控变量进行分析和处理, ,并按并按已定的控制规律已定的控制规律, ,决定将要采取的控制行为；决定将要采取的控制行为；根据控制决策根据控制决策,适时地适时地对执行机构对执行机构发出控制发出控制信号信号,完成控制任务；完成控制任务；142.2.计算机控制系统的组成计算机控制系统的组成15 主机主机中央处理器（中央处理器（CPUCPU）内存储器内存储器(RAM(RAM和和ROMROM) )接口电路接口电路: : 主机与外部设备、输入输出通道进行信息交换的主机与外部设备、输入输出通道进

13、行信息交换的桥梁桥梁过程输入过程输入/ /输出通道输出通道模拟量输入通道模拟量输入通道模拟量输出通道模拟量输出通道开关量输入通道开关量输入通道开关量输出通道开关量输出通道外部设备外部设备 操作台操作台输入设备输入设备输出设备输出设备外存储器外存储器（CRTCRT）显示器或）显示器或(LED)(LED)数码显示器数码显示器 键盘（功能键和数字键）键盘（功能键和数字键）硬件部分硬件部分(Hardware)(Hardware)16软件软件系统软件系统软件应用软件应用软件 操作系统操作系统语言加工系统语言加工系统诊断系统诊断系统 控制程序控制程序数据采集及处理程序数据采集及处理程序巡回检测程序巡回检测

14、程序数据管理程序数据管理程序编辑程序编辑程序编译程序编译程序连接、装配程序连接、装配程序调试程序调试程序子程序库子程序库 软件部分软件部分(Software)(Software)数据可靠性检查程序数据可靠性检查程序A/DA/D转换及采样程序转换及采样程序 数字滤波程序数字滤波程序 线性化处理程序线性化处理程序 数据采集程序数据采集程序 越限报警程序越限报警程序 事故预告程序事故预告程序 画面显示程序画面显示程序 171.1.2 1.1.2 计算机控制系统的典型形式计算机控制系统的典型形式 1 1操作指导控制系统操作指导控制系统(OGC-Operating Guide Control) (OGC

15、-Operating Guide Control) ( (了解了解) ) 这种形式的系统属于这种形式的系统属于开环系统开环系统, ,计算机按照一定的时间间隔对生产现场计算机按照一定的时间间隔对生产现场的参数进行采样、处理、显示、打印或报警的参数进行采样、处理、显示、打印或报警, , 操作人员根据这些结果进行设操作人员根据这些结果进行设定值的修改或必要的操作定值的修改或必要的操作. . 优点：结构简单优点：结构简单, ,控制灵活和安全控制灵活和安全. . 缺点：要由缺点：要由人工操作人工操作, ,速度受到限制速度受到限制, ,不能控制多个对象不能控制多个对象. .18 2. 2.直接数字控制系统

16、（直接数字控制系统（DDCDirect Digital ControlDDCDirect Digital Control）(了解了解) 利用利用微型计算机对多个被控参数进行巡回检测微型计算机对多个被控参数进行巡回检测, ,并与给定值比并与给定值比较较, ,然后按照预定的控制规律进行计算然后按照预定的控制规律进行计算, ,最后发出控制信息完成对生最后发出控制信息完成对生产过程的控制产过程的控制, ,使被控参数稳定在给定值上使被控参数稳定在给定值上. . 要求：要求：实时性好、实时性好、可靠性高和适应性强可靠性高和适应性强 一台计算机通常要一台计算机通常要控制几个或几十个回路控制几个或几十个回路输

17、入通道输入通道(AI.DI(AI.DI）输出通道输出通道(AO.DO)(AO.DO)打印机打印机报报 警警操作台操作台CRTCRT计计 算算 机机生生 产产 过过 程程19 3 3监督控制系统监督控制系统（Supervisory Computer Control SCC ）(了解了解) DDC DDC计算机计算机生生 产产 过过 程程SSCSSC计计 算算 机机记录记录显示显示打印打印调节调节测量测量设定值设定值(b)(b)工艺数据工艺数据模模 拟拟调节器调节器生生 产产 过过 程程SSC SSC 计计 算算 机机记录记录显示显示打印打印调节调节测量测量设定值设定值(a)(a)工艺数据工艺数据

18、 19601960年在美国的一个年在美国的一个合成氨合成氨厂采用厂采用RW-300RW-300计算机系统实现了计算机系统实现了计算机计算机监督控制监督控制. .基本思想是微型计算机根据基本思想是微型计算机根据原始工艺信息和其它参数原始工艺信息和其它参数, ,按照描按照描述生产过程的数学模型述生产过程的数学模型, ,自动改变自动改变模拟调节器或模拟调节器或DDCDDC微型计算机的给定值微型计算机的给定值, ,从而使生产过程始终处于最优工况从而使生产过程始终处于最优工况. .SCC+SCC+模拟调节器模拟调节器SCC+DDC SCC+DDC 204 4集散型集散型控制系统控制系统 （ DCSDis

19、tributed Control System） 基本思想是：利用分散控制、集中操作、分而自制、综合协调的原则基本思想是：利用分散控制、集中操作、分而自制、综合协调的原则, ,将测将测控系统分为分散过程控制级、集中操作监控级和综合信息管理级控系统分为分散过程控制级、集中操作监控级和综合信息管理级, ,构成一分级分构成一分级分布式控制系统布式控制系统. .（重要）（重要）215 5现场总线现场总线控制系统控制系统（FCS-Fieldbus Control System）操作站模拟量输出功能块控制功能块H1现场总线差压变送 器模拟量输入功能块PIDI10 .AOI10AI110H1H1网桥H2现场

20、总线 . 现场节点服务器LAN（局域网） 其结构模式为其结构模式为“工作站工作站现场总线智能仪表现场总线智能仪表”二层结构二层结构,成成本低本低,可靠性高可靠性高,可实现真正的开放式互连系统结构（重要）可实现真正的开放式互连系统结构（重要）221.1.可编程控制器可编程控制器 PLCPLC 可编程逻辑控制器是计算机技术与继电逻辑控制概念相结可编程逻辑控制器是计算机技术与继电逻辑控制概念相结合的产物合的产物, ,其其低端为常规继电逻辑控制的替代装置低端为常规继电逻辑控制的替代装置, ,而高端为一而高端为一种高性能的工业控制计算机种高性能的工业控制计算机. .它主要由它主要由CPUCPU、存储器、

21、输入组件、存储器、输入组件、输出组件、电源及编程器等组成输出组件、电源及编程器等组成. .西门子西门子S7-200/300/400S7-200/300/4001.1.3 1.1.3 控制装置种类控制装置种类 23特点：特点： 一种数字运算操作的电子系统一种数字运算操作的电子系统, ,专为专为工业环境工业环境下应用而设定下应用而设定; ; 采用采用可编程序的存储器可编程序的存储器, ,在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作的指令定时、计数和算术操作的指令, ,并通过数字式、模拟式的输入和并通过数字式、模拟式的输入和输出；输出； 应用广泛应用广

22、泛-不仅在不仅在顺序程序控制顺序程序控制领域中具有优势领域中具有优势, ,而且在而且在运动控运动控制、过程控制、网络通信领域方面制、过程控制、网络通信领域方面也毫不逊色；也毫不逊色； PLCPLC具有系统构成灵活具有系统构成灵活, ,扩展容易扩展容易, ,编程简单编程简单, ,调试容易调试容易, ,抗干扰能抗干扰能力强；力强；242.2.可编程调节器可编程调节器又称单回路调节器、又称单回路调节器、智能调节器智能调节器、数字调节器、数字调节器. .它主要由它主要由微处理微处理单元（单片机）单元（单片机）、过程、过程I IO O（输入（输入/ /输出）单元、面板单元、通输出）单元、面板单元、通信单

23、元、硬手操单元和编程单元等组成信单元、硬手操单元和编程单元等组成. .外观如图所示外观如图所示. . 25可编程调节器是可编程调节器是一种一种仪表化了的微型控制计算机仪表化了的微型控制计算机易操作易操作,易编程、方便灵活易编程、方便灵活设计时无需考虑接口、通讯的硬件设计设计时无需考虑接口、通讯的硬件设计软件编程上也只需使用一种面向问题的组态语言软件编程上也只需使用一种面向问题的组态语言具有断电保护、自诊断功能、通信等功能具有断电保护、自诊断功能、通信等功能可以组成多级计算机控制系统可以组成多级计算机控制系统, ,实现各种高级控制实现各种高级控制和管理和管理 大型分散控制系统中最基层的控制单元大

24、型分散控制系统中最基层的控制单元适用于连续过程中适用于连续过程中模拟量信号的控制系统模拟量信号的控制系统中中 263.3.总线式总线式工控机工控机 总线式工控机总线式工控机, ,是基于总线技术和模块化结构的是基于总线技术和模块化结构的一种专用于工业控制的通用性计算机一种专用于工业控制的通用性计算机, ,一般称为一般称为工业工业控制计算机控制计算机, ,简称为工业控制机或工控机简称为工业控制机或工控机. .通常通常, ,计算计算机的生产厂家是按照某个机的生产厂家是按照某个总线标准总线标准, ,设计制造出若干设计制造出若干符合总线标准、具有各种功能的各式模板符合总线标准、具有各种功能的各式模板,

25、,而控制系而控制系统的设计人员则根据不同的生产过程与技术要求统的设计人员则根据不同的生产过程与技术要求, ,选选用相应的功能模板用相应的功能模板组合成自己所需的计算机控制系组合成自己所需的计算机控制系统统. .总线式工控机的总线式工控机的外形类似普通计算机外形类似普通计算机, ,如图所示如图所示. .27 不同的是它的外壳采用不同的是它的外壳采用全钢标准的工业加固型机架机箱全钢标准的工业加固型机架机箱, ,机机箱密封并加箱密封并加正压送风散热正压送风散热, ,机箱内的原普通计算机的大主板变成机箱内的原普通计算机的大主板变成通用的通用的底板总线插座系统底板总线插座系统, ,将将主板分解成几块主板

26、分解成几块PCPC插件插件, ,采用工业级采用工业级抗干扰电源和工业级芯片抗干扰电源和工业级芯片, ,并配以相应的并配以相应的工业应用软件工业应用软件. . 总线式工控机具有总线式工控机具有小型化、模板化、组合化、标准化小型化、模板化、组合化、标准化的设计的设计特点特点,能满足不同层次、不同控制对象的需要能满足不同层次、不同控制对象的需要,又能又能在恶劣的工业在恶劣的工业环境中可靠地运行环境中可靠地运行.因而因而,它广泛应用于各种控制场合它广泛应用于各种控制场合,尤其是十几尤其是十几到几十个回路的中等规模的控制系统中到几十个回路的中等规模的控制系统中.284.4.单片微型计算机单片微型计算机

27、随着微电子技术与超大规模集成技术的发随着微电子技术与超大规模集成技术的发展展, ,计算机技术的另一个分支计算机技术的另一个分支超小型化的单超小型化的单片微型计算机片微型计算机(Single Chip Microcomputer)(Single Chip Microcomputer)简简称单片机称单片机诞生了诞生了. .它是将它是将CPUCPU、存储器、串并行、存储器、串并行I/OI/O口、定时口、定时/ /计数器、甚至计数器、甚至A/DA/D转换器、脉宽调转换器、脉宽调制器、制器、 图形控制器图形控制器等功能部件等功能部件全都集成全都集成(SOC-(SOC-System On Chip)Sys

28、tem On Chip)在一块大规模集成电路芯片上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构成了一个完整的具有相当控制功能的微控制器. .2930Atmel Atmel 标准型：标准型：AT89C51 AT89C52 AT89lv51 AT89lv52AT89C51 AT89C52 AT89lv51 AT89lv52低档型：低档型：AT89C1051 AT89C2051(2Kflash) (20PIN)AT89C1051 AT89C2051(2Kflash) (20PIN)高档型高档型: AT89S51 AT89S52 ISP: AT89S51 AT89S52

29、 ISP功能功能AVRAVR系列系列Philips Philips P80CXX P87CXX P89CXX P87LPC7XXP80CXX P87CXX P89CXX P87LPC7XXTI MSP430NoImageNoImagePIC系列系列31单片机的应用软件可以采用面向机器的单片机的应用软件可以采用面向机器的汇编语言汇编语言, ,但这但这需要较深的计算机软硬件知识需要较深的计算机软硬件知识, ,而且汇编语言的通用性与可移而且汇编语言的通用性与可移植性差植性差. .随着高效率结构化语言的发展随着高效率结构化语言的发展, ,其软件开发环境正在其软件开发环境正在逐步改善逐步改善. .目前目

30、前, ,市场上已推出面向单片机结构的高级语言市场上已推出面向单片机结构的高级语言, ,如如早期的早期的Archimedes CArchimedes C和和Franklin C,Franklin C,现在的现在的Keil C51Keil C51、Dynamic CDynamic C等语言等语言. .由于单片机具有体积小、功耗低、性能可靠、价格低由于单片机具有体积小、功耗低、性能可靠、价格低廉、功能扩展容易、使用方便灵活、易于产品化等诸多优点廉、功能扩展容易、使用方便灵活、易于产品化等诸多优点, ,特别是特别是强大的面向控制的能力强大的面向控制的能力, ,使它在工业控制、智能仪表、使它在工业控制、

31、智能仪表、外设控制、家用电器、机器人、军事装置等方面得到了极为外设控制、家用电器、机器人、军事装置等方面得到了极为广泛的应用广泛的应用. .单片机的应用从单片机的应用从4 4位机开始位机开始, ,历经历经8 8位、位、1616位位、3232位四种位四种. .但在小型测控系统与智能化仪器仪表的应用领域里但在小型测控系统与智能化仪器仪表的应用领域里,8,8位单片位单片机因其品种多、功能强、价格廉机因其品种多、功能强、价格廉, ,目前仍然是单片机系列的目前仍然是单片机系列的主主流机种流机种. .325.5.其他控制装置其他控制装置 DCS DCS分散控制系统与分散控制系统与FCSFCS现场总线控制系

32、统现场总线控制系统-最初最初是以一种是以一种控制方案的形式控制方案的形式出现的出现的, ,但很快受到工控市但很快受到工控市场的极大推崇场的极大推崇, ,因而已经成为国内外自动化厂家争先因而已经成为国内外自动化厂家争先推出的推出的两种典型的装置两种典型的装置, ,产品不断推陈出新产品不断推陈出新. .331.2 1.2 计算机控制系统的计算机控制系统的发展概况及趋势发展概况及趋势（了解）（了解） 19461946年世界上第一台电子计算机年世界上第一台电子计算机ENICAENICA问世问世1.2.1 1.2.1 计算机控制系统的发展概况计算机控制系统的发展概况 1 1计算机控制技术的发展过程计算机

33、控制技术的发展过程 开创时期（开创时期（1955195519621962年）年） 直接数字控制时期（直接数字控制时期（1962196219671967年）年） 小型计算机时期（小型计算机时期（1967196719721972年）年） 微型计算机时期（微型计算机时期（19721972年至今）年至今） 34软件的发展：软件的发展： 5050年代至年代至7070年代软件发展缓慢年代软件发展缓慢 7070年代末至今已采用各种高级语言进行实时控制年代末至今已采用各种高级语言进行实时控制2 2计算机控制理论计算机控制理论的发展过程的发展过程 采样定理采样定理 差分方程差分方程 35 Z Z变换法变换法 )

34、()(0kTfzkTfZkK 状态空间理论状态空间理论 最优控制最优控制与随机控制与随机控制 代数系统理论代数系统理论 系统辨识与自适应控制系统辨识与自适应控制361.2.2 1.2.2 计算机控制系统的计算机控制系统的发展趋势发展趋势 1 1推广应用推广应用成熟的先进技术成熟的先进技术 普及应用普及应用可编程序控制器（可编程序控制器（PLCPLC） 广泛使用广泛使用智能调节器智能调节器 采用新型的采用新型的DCSDCS和和FCSFCS 2 2大力研究和发展大力研究和发展智能控制系统智能控制系统 分级递阶智能控制系统分级递阶智能控制系统 模糊控制系模糊控制系统统 专家控制系统专家控制系统 学习

35、控制系学习控制系统统 神经控制系统神经控制系统371.3 1.3 工业控制计算机工业控制计算机IPCIPC （Industrial Personal Computer）1.IPC1.IPC的结构组成、总线技术和模板结构化的结构组成、总线技术和模板结构化2.IPC2.IPC的功能特点与主要模板的功能特点与主要模板3839 在采用计算机的工业生产过程中在采用计算机的工业生产过程中, ,特别是对于具有特别是对于具有一定规模的工程项目而言一定规模的工程项目而言, ,出于可靠性实时性好、功能出于可靠性实时性好、功能丰富配套完善与扩充控制系统灵活开发周期短的考虑丰富配套完善与扩充控制系统灵活开发周期短的考

36、虑, ,人们更愿意人们更愿意选用专用于工业控制的现成的通用控制计算选用专用于工业控制的现成的通用控制计算机机. . 工业控制机工业控制机IPCIPC与可编程控制器与可编程控制器PLCPLC是应用十分广泛是应用十分广泛但结构显著不同的两种计算机控制系统但结构显著不同的两种计算机控制系统. .它们不仅在中它们不仅在中小型控制系统中担当主要控制装置小型控制系统中担当主要控制装置, ,而且还可以作为大而且还可以作为大型网络控制系统中型网络控制系统中最基层的一种控制单元最基层的一种控制单元. .40 随着计算机设计的日益科学化、合理化和标准化随着计算机设计的日益科学化、合理化和标准化, ,计计算机总线概

37、念与模板化结构已经形成且完善起来算机总线概念与模板化结构已经形成且完善起来. .IPC在在硬件上硬件上, ,由计算机生产厂家按照某种标准总线由计算机生产厂家按照某种标准总线, ,设计制设计制造出符合工业标准的主机板及各种造出符合工业标准的主机板及各种I/O模板模板, ,所以控制系所以控制系统的设计者统的设计者只要选用相应的功能模板只要选用相应的功能模板, ,像像搭积木似的搭积木似的、灵活地构成各种用途的计算机控制装置；而在灵活地构成各种用途的计算机控制装置；而在软件上软件上, ,利用熟知的系统软件和工具软件利用熟知的系统软件和工具软件, ,编制或组态出相应的编制或组态出相应的应用软件应用软件,

38、 ,就可以非常便捷地完成对生产流程的集中控就可以非常便捷地完成对生产流程的集中控制与调度管理制与调度管理, ,并进一步向综合自动化网络化方向发展并进一步向综合自动化网络化方向发展. .1.3.1 IPC1.3.1 IPC结构组成结构组成41l 硬件硬件组成组成 为了提高为了提高IPCIPC的通用性、灵活性和扩展性的通用性、灵活性和扩展性,IPC,IPC的的各部件均采用模板化结构各部件均采用模板化结构, ,即在一块无源的并行底板即在一块无源的并行底板总线上总线上, ,插接多个功能模板即组成了一台插接多个功能模板即组成了一台IPCIPC的硬件装的硬件装置置. .其硬件组成框图如图其硬件组成框图如图

39、1.11.1所示所示, ,除了构成计算机基除了构成计算机基本系统的本系统的CPUCPU、RAM/ROMRAM/ROM主机、人机接口、系统支持、主机、人机接口、系统支持、磁盘系统、通信接口板外磁盘系统、通信接口板外, ,还有还有AIAI、AOAO、DIDI、DODO等数等数百种工业百种工业I/OI/O接口板可供选择接口板可供选择. .其选用的各个模板彼此其选用的各个模板彼此通过内部总线相连通过内部总线相连, ,而由而由CPUCPU通过总线直接控制数据的通过总线直接控制数据的传送和处理传送和处理. .下面分别介绍各个组成部分下面分别介绍各个组成部分. .42图图1.1 IPC1.1 IPC的硬件组

40、成框图的硬件组成框图431 1主机板主机板 主机板由中央处理器（主机板由中央处理器（CPUCPU）、内存储器（）、内存储器（RAMRAM、ROMROM）等部件）等部件组成组成, ,它是它是IPCIPC的核心的核心2 2人人- -机接口机接口 人机接口是人与计算机交流的一种外设人机接口是人与计算机交流的一种外设. .它由标准的它由标准的PCPC键盘、鼠键盘、鼠标、显示器和打印机标、显示器和打印机等组成等组成. .3 3系统支持板系统支持板IPCIPC的系统支持板主要包括如下部分：的系统支持板主要包括如下部分：（1 1）程序运行监视系统程序运行监视系统, ,即即看门狗定时器：当系统出现异常时能看门

41、狗定时器：当系统出现异常时能使系统自动复位使系统自动复位, ,恢复运行恢复运行. .（2 2）电源掉电检测：电源掉电检测：其目的是为了及时检测到电源掉电后其目的是为了及时检测到电源掉电后, ,立即立即保护当时的重要数据和各寄存器的状态保护当时的重要数据和各寄存器的状态. .（3 3）保护重要数据的后备存储器：采用）保护重要数据的后备存储器：采用带有后备电池带有后备电池的的SRAMSRAM、NOVRAMNOVRAM、EEPROM,EEPROM,能在系统掉电后保证数据不丢失能在系统掉电后保证数据不丢失. .44 （4 4）实时日历时钟：用于定时自动执行某些控制功）实时日历时钟：用于定时自动执行某些

42、控制功 能和自动记录某个控制是在何时发生的能和自动记录某个控制是在何时发生的. .4.4.磁盘系统磁盘系统 磁盘系统有半导体虚拟磁盘以及通用的软磁盘和磁盘系统有半导体虚拟磁盘以及通用的软磁盘和硬磁盘硬磁盘. .5.5.通信接口通信接口 通信接口是通信接口是IPCIPC和其它计算机或智能外设的接口和其它计算机或智能外设的接口, ,常用的接口有常用的接口有RS-232CRS-232C、RS-485RS-485和和IEEE-488IEEE-488等接口等接口. .456 6输入输出模板输入输出模板 输入输出模板是输入输出模板是IPCIPC和生产过程之间信号传递和和生产过程之间信号传递和变换的连接通道

43、变换的连接通道. .它包括它包括模拟量输入（模拟量输入（AIAI或或ADAD）模板、）模板、模拟量输出（模拟量输出（AOAO或或DADA）模板）模板, ,数字量输入（数字量输入（DIDI）模板、）模板、数字量输出（数字量输出（DODO）模板）模板等种类等种类. . 由于输入或输出均涉及到生产现场被控参数的种由于输入或输出均涉及到生产现场被控参数的种类、个数、精度、干扰等等类、个数、精度、干扰等等, ,因而其该类模板是系统因而其该类模板是系统中性能中性能差异最大、品种类型最多、也是用户选择最为差异最大、品种类型最多、也是用户选择最为丰富的一种丰富的一种. .在第在第2 2、3 3章将要讨论的接口

44、电路技术就章将要讨论的接口电路技术就是此类模板的构成基础是此类模板的构成基础, ,也是选用这类模板性能指标也是选用这类模板性能指标的理论依据的理论依据. .46l软件组成软件组成 IPCIPC的硬件构成了工业控制机系统的设备基础的硬件构成了工业控制机系统的设备基础, ,要要真正实现生产过程的计算机控制真正实现生产过程的计算机控制, ,必须为硬件提供或必须为硬件提供或研制相应的计算机软件研制相应的计算机软件, ,即把人的知识逻辑与控制思即把人的知识逻辑与控制思维加入计算机中维加入计算机中, ,才能实现控制任务才能实现控制任务. .在工业控制系统在工业控制系统中中, ,软件可分为软件可分为系统软件

45、、工具软件和应用软件系统软件、工具软件和应用软件三大三大部分部分, ,有时也将工具软件归于系统软件有时也将工具软件归于系统软件. .471 1系统软件系统软件 系统软件用来管理系统软件用来管理IPCIPC的资源的资源, ,并以简便的形式向用户并以简便的形式向用户提供服务提供服务, ,包括包括实时多任务操作系统实时多任务操作系统RTOSRTOS、引导程序、调、引导程序、调度执行程序等度执行程序等, ,其中操作系统是系统软件最基本的部分其中操作系统是系统软件最基本的部分, ,如如MS-DOSMS-DOS和和Windows (XP/2000/NT)Windows (XP/2000/NT)等系统软件等

46、系统软件. .2.2.工具软件工具软件 工具软件是技术人员从事软件开发工作的辅助软工具软件是技术人员从事软件开发工作的辅助软件件, ,包括汇编语言、高级语言、编译程序、编辑程序、包括汇编语言、高级语言、编译程序、编辑程序、调试程序、诊断程序等调试程序、诊断程序等, ,借以提高软件生产效率借以提高软件生产效率, ,改善改善软件产品质量软件产品质量. .(KEIL,PROTEL)(KEIL,PROTEL)483 3应用软件应用软件 应用软件是应用软件是系统设计人员针对某个生产过程现时系统设计人员针对某个生产过程现时编制的控制和管理程序编制的控制和管理程序, ,它往往涉及应用领域的专业它往往涉及应用

47、领域的专业知识知识. .它包括过程输入程序、过程控制程序、过程输它包括过程输入程序、过程控制程序、过程输出程序、人机接口程序、打印显示程序和控制程序等出程序、人机接口程序、打印显示程序和控制程序等. .当今工业自动化的发展趋势是当今工业自动化的发展趋势是计算机控制技术的控制计算机控制技术的控制与管理一体化与管理一体化, ,以便适应不断变化的市场需求以便适应不断变化的市场需求. .而工业而工业控制的应用软件就起着关键性的作用控制的应用软件就起着关键性的作用, ,因此它应具有因此它应具有通用性、开放性、实时性、多任务性和网络化的特点通用性、开放性、实时性、多任务性和网络化的特点. . 现在许多专业

48、化公司开发生产了商品化的工业控现在许多专业化公司开发生产了商品化的工业控制软件制软件, ,如如数据采集软件、工控组态软件、过程仿真数据采集软件、工控组态软件、过程仿真软件软件等等, ,这些都为应用软件的开发提供了绝佳的使用这些都为应用软件的开发提供了绝佳的使用平台平台. .491.3.2 IPC1.3.2 IPC功能特点（了解）功能特点（了解） IPCIPC是一种专用于是一种专用于工业场合工业场合下的控制计算机下的控制计算机. .一方面一方面工业环境常常处于工业环境常常处于高温、高湿、腐蚀、振动、冲击、灰高温、高湿、腐蚀、振动、冲击、灰尘尘, ,以及以及电磁干扰严重、供电条件不良电磁干扰严重、

49、供电条件不良等等恶劣环境中；等等恶劣环境中；一方面工业生产过程因行业、原料、产品的不同一方面工业生产过程因行业、原料、产品的不同, ,而使而使生产过程、工艺要求也五花八门生产过程、工艺要求也五花八门. .这些都是这些都是工业自动化工业自动化控制中要解决的重要课题控制中要解决的重要课题. .由于由于IPCIPC采用了采用了总线技术和模总线技术和模板化结构板化结构, ,再加上采取了再加上采取了多重抗干扰措施多重抗干扰措施, ,因而使因而使IPCIPC系系统具有其它计算机系统无法比拟的功能特点统具有其它计算机系统无法比拟的功能特点. .501.1.可靠性和可维修性好可靠性和可维修性好 可靠性和可维修

50、性可靠性和可维修性是生产过程中两个非常重要是生产过程中两个非常重要的先决因素的先决因素, ,它们决定着系统在控制上的可用程度它们决定着系统在控制上的可用程度. .可靠性（平均无故障时间可靠性（平均无故障时间 MTBF-Mean Time MTBF-Mean Time Between FailureBetween Failure）的简单含义是指设备在规定的的简单含义是指设备在规定的时间内运行不发生故障时间内运行不发生故障, ,可维修性可维修性是指工业控制机是指工业控制机发生故障时发生故障时, ,维修快速、简单方便维修快速、简单方便. . 51 IPC IPC把计算机系统的各种功能分解到把计算机系

51、统的各种功能分解到每一块只具备每一块只具备单一功能的模板上单一功能的模板上. .而而模板结构的小型化模板结构的小型化, ,使之机械强度使之机械强度好好, ,抗震动能力强；模板功能的单一抗震动能力强；模板功能的单一, ,便于对系统故障的便于对系统故障的诊断与维修诊断与维修, ,甚至可作到模板的带电插拔甚至可作到模板的带电插拔；模板的线路；模板的线路设计布局合理设计布局合理, ,即由即由总线缓冲模块到功能模块总线缓冲模块到功能模块、再到再到I/OI/O驱动输出模块驱动输出模块, ,使信号流向基本为直线到达使信号流向基本为直线到达, ,降低了信号降低了信号间的相互干扰；另外在结构配置上还采取了许多措

52、施间的相互干扰；另外在结构配置上还采取了许多措施, ,如如密封机箱正压送风、使用工业电源、带有看门狗系统密封机箱正压送风、使用工业电源、带有看门狗系统支持板支持板等等等等. .所有这一切多重抗干扰措施都大大提高了所有这一切多重抗干扰措施都大大提高了系统的可靠性和可维护性系统的可靠性和可维护性. .522 2通用性和扩展性好通用性和扩展性好通用性和扩展性也是生产过程中两个重要的因素通用性和扩展性也是生产过程中两个重要的因素, ,它它们关系着系统在控制领域中的使用范围们关系着系统在控制领域中的使用范围. .通用性的简单含通用性的简单含义是指适合于各种行业、各种工艺流程或设备的自动化控义是指适合于各

53、种行业、各种工艺流程或设备的自动化控制；扩展性是指当工艺变化或生产扩大时制；扩展性是指当工艺变化或生产扩大时,IPC,IPC能灵活地扩能灵活地扩充或增加功能充或增加功能. . IPCIPC针对各种控制对象进行分析与综合后针对各种控制对象进行分析与综合后, ,设计出设计出几几大类上百个不同功能的输入输出模板大类上百个不同功能的输入输出模板, ,足以满足各种需求足以满足各种需求. .比如比如某工控公司的模拟量输入模板有如下几种主要产品某工控公司的模拟量输入模板有如下几种主要产品：二阶有源低通滤波器板二阶有源低通滤波器板,4,4路路/8/8路热电阻信号调理板路热电阻信号调理板,16,16路路差分输入

54、差分输入I/VI/V变换板变换板,32,32路单端输入路单端输入I/VI/V变换板变换板,64,64路带光隔路带光隔模拟量输入扩展板等等模拟量输入扩展板等等. .53 所以通过所以通过对模板品种和数量的选择与组合对模板品种和数量的选择与组合, ,并插入并插入底板总线插槽底板总线插槽, ,就十分方便地配置成不同生产过程所需就十分方便地配置成不同生产过程所需IPC.IPC.其灵活性、通用性和扩展性显而易见其灵活性、通用性和扩展性显而易见. .3 3软件丰富编程趋向组态软件丰富编程趋向组态 IPCIPC已配备完整的操作系统、适合生产过程控制的已配备完整的操作系统、适合生产过程控制的工具软件以及各种控

55、制软件包工具软件以及各种控制软件包. .工业控制软件正向结构工业控制软件正向结构化、组态化方向发展化、组态化方向发展. .4 4控制实时性强控制实时性强 IPCIPC配有实时操作系统和中断系统配有实时操作系统和中断系统, ,因而具有时间因而具有时间驱动和事件驱动能力驱动和事件驱动能力, ,能对生产过程的工况变化实时能对生产过程的工况变化实时地进行监视和控制地进行监视和控制. .545 5精度和速度适当精度和速度适当 一般生产过程一般生产过程, ,对于精度和运算速度要求并不苛对于精度和运算速度要求并不苛刻刻. .通常字长为通常字长为8 83232位位, ,速度在每秒几万次至几百万速度在每秒几万次

56、至几百万次次. .但随着自动化程度的提高但随着自动化程度的提高, ,对于精度和运算速度的对于精度和运算速度的要求也在不断提高要求也在不断提高,IPC,IPC相应地也配有相应地也配有不同层次的机型不同层次的机型. . 总之总之, ,总线式总线式IPCIPC具有小型化、标准化、模板化、具有小型化、标准化、模板化、组合设计的特点组合设计的特点, ,能满足不同层次、不同控制对象的能满足不同层次、不同控制对象的需要需要, ,又能在恶劣的工业环境中可靠地运行又能在恶劣的工业环境中可靠地运行. .因而因而, ,它它广泛应用于各种控制场合广泛应用于各种控制场合, ,尤其是中等规模的控制系尤其是中等规模的控制系

57、统中统中. .55 目前国内外生产总线式目前国内外生产总线式IPCIPC的专业厂家很多的专业厂家很多, ,著著名品牌比比皆是名品牌比比皆是, ,如爱瑞、如爱瑞、研华、研祥、研华、研祥、凌华、中泰、凌华、中泰、康泰克、康泰克、康拓、威达、康拓、威达、华控、浪潮等等华控、浪潮等等. .现以现以深圳研深圳研祥工控集团研制祥工控集团研制的的PCPC总线工业计算机产品为例作一总线工业计算机产品为例作一说明说明. .1.3.3 IPC1.3.3 IPC产品简介产品简介( (了解了解) )56 研祥研祥的的PCPC总线工业计算机共有总线工业计算机共有1414种系列种系列：工业计算：工业计算机机箱机机箱, ,

58、工业一体化工作站工业一体化工作站, ,工业平板电脑工业平板电脑/ /显示器显示器, ,便携便携式工业计算机式工业计算机, ,工业级工业级CPUCPU卡卡, ,工业级底板工业级底板, ,工业计算机外工业计算机外设设, ,亚当（亚当（AdamAdam）系列远端数据采集与控制模块）系列远端数据采集与控制模块, ,基于基于ISAISA总线数据采集与控制卡总线数据采集与控制卡, ,基于基于PCPC总线数据采集与控制总线数据采集与控制卡卡, ,端子板和附件端子板和附件, ,工业通信工业通信, ,应用软件等；每一种系列应用软件等；每一种系列又有几种至十几种规格型号又有几种至十几种规格型号. .以下简单介绍公

59、司的几种以下简单介绍公司的几种产品产品. .571.1.工业计算机机箱工业计算机机箱 研祥的机箱按带不带底板和电源、安装形式是研祥的机箱按带不带底板和电源、安装形式是桌面、壁挂还是上架以及尺寸长度不一等问题桌面、壁挂还是上架以及尺寸长度不一等问题, ,又可又可分为二十几种型号分为二十几种型号. .图图1-21-2为为IPC-810/811IPC-810/811型号的型号的1414槽槽上架型计算机机箱上架型计算机机箱. .图图1-2 1-2 IPC-810/811 IPC-810/811机箱机箱58 其产品特性为其产品特性为：1919上架型上架型, ,符合符合EIA RS-310CEIA RS-

60、310C标准标准, ,1414槽槽ISA/PCI/PICMGISA/PCI/PICMG无源底板无源底板, ,提供三个提供三个3.5”3.5”和和两个两个5.25“5.25“磁盘驱动器空间磁盘驱动器空间, ,前面板带电源开关前面板带电源开关,CPU,CPU复位按钮复位按钮, ,键盘锁开关键盘锁开关, ,电源开关电源开关LEDLED和和HDD LED,HDD LED,防尘防尘带锁门保护控制部件带锁门保护控制部件, ,前后面板均带键盘接口前后面板均带键盘接口, ,防止插防止插卡振动的防震压条卡振动的防震压条, ,支持支持PS/2PS/2规格电源规格电源, ,尺寸尺寸177(177(高高) )482(