工业控制计算机

计算机控制技术高等院校自动化新编系列教材

NortheasternUniversity

高等院校自动化新编系列教材

北京觥电大学出版社

用、vw.

9:26:41

计算机控制技术高等院校自动化新编系列教材

主要内容:

第二章计算控制系统概述9:26:41

计算机控制技术八高等院校自动化新编系列教材

研华IPC-610MB-H

主要特点：

支持300WATXPFCPS/2电源

前置3个半高驱动器

前置USB和PS/2及I/O接口

前置报警LED

第二章计算控制系统概述9:26:41

计算机控制技术

的含义

・“u”是一种表示机架式服务器外部尺寸的单位,

是unit的缩略语，详细尺寸由作为业界团体的

美国电子工业协会（EIA）决定。

■之所以要规定服务器的尺寸，是为了使服务

器保持适当的尺寸以便放在铁质或铝质机架

上。机架上有固定服务器的螺孔，将它与服

务器的螺孔对好，用螺丝加以固定。

•规定的尺寸是服务器的宽（48.26cm=19英寸

与高（4.445cm的倍数）。由于宽为19英寸，

所以有时也将满足这一规定的机架称为“19

英寸机架“。_____________________

第二章计算控制系统概述9:26:41

计算机控制技术高等院校自动化新编系列教材

“U”的含义-_：_-

•厚度以4.445cm为基本单位。1U就是4.445cm,

2U则是1U的2倍为8.89cm。也就是说所谓“1U

的PC服务器”，就是外形满足EIA规格、厚度

为4.445cm的产品。设计为能放置到19英寸机

柜的产品一般被称为机架服务器。

・将服务器放置到机架上，并不仅仅有利于日常

的维护及管理，也可能避免意想不到的故障。

首先，放置服务器不占用过多空间。机架服务

器整齐地排放在机架中，不会浪费空间。其次,

连接线等也能够整齐地收放到机架里。电源线

和网线等全都能在机柜中布好线，可以减少堆

积在地面上的连接线，从而防止脚踢掉电货注

第二章计^^的痴让。■9:2

计算机控制技术高等院校自动化新编系列教材

凌华工控机

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RACK-410S系列RACK-400L系列

第二章计算控制系统概述9:26:41

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研华主板PCA-6185.——

第二章计算控制系统概述9:26:41

计算机控制技术

.全钢忑刖研”

工控机的全钢机箱是按标准设计的，抗冲击、抗振动、抗

电磁干扰，内部可安装同PC-bus兼容的无源底板。

•无源底板।-

无源底板的插槽由ISA和PCI总线的多个插槽组成，ISA或

PCI插槽的数量和位置根据需要有一定选择，该板为四层结

构，中间两层分别为地层和电源层，这种结构方式可以减弱

机上逻辑信号的相互干扰和降低电源阻抗。底板可插接各种

板卡，包括CPU卡、显示卡、控制卡、I/O卡等。

•工业电源为AT开关电源，平均无故障运行时间达到250,00

小时，两个由旗。

•CPU卡

工控的CPU卡有多种，根据尺寸可分为长卡和半长卡，根

据处理器可分为386、486、586、PILPIII主板，用户可视

自己的需要任意选配。其主要特点是：工作温度0-60摄氏度;

装有“看门狗”计时器；低比殍•易大为为SVQSA、

第二章计算控制系统概述9:26:41

计算机控制技术高等院校自动化新编系列教材

•工务工脚漏翻愚患感知胤讦算机1记;

(IndustrialPersonalComputer)

•它主要用于工业过程测量、控制、数据采集等工耳

•以工控机为核心的测量和控制系统，处理来自工

系统的输入信号，再根据控制要求将处理结果输可J

到执行机构，去控制生产过程，同时对生产进行隹

督和管理。

©工控机的特点

©工控机硬件组成

©工控机的软件组成

©工控机的主要类型及其选型

第二章计算控制系统概述9:26:41

计算机控制技术高等院校自动化新编系列教材

2.1.3IPC工控机的特点，

"一)一二，式

◎可靠性高，实时性好，环境适应性强,

丰富的输入输出模板，系统扩充性和开

放性好，系统通信功能强，控制软件包

功能强，冗余性

第二章计算控制系统概述9:26:41

计算机控制技术高等院校自动化新编系列教材

2.1.1IPC工控机硬件组成,_一

漏内存储罂）、£盛量^置器输入输出通道、

第二章计算控制系统概述9:26:41

.L~___________-

9翱臧技术高等院校自动化新编系列教材

是工业控制机的核心，由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、

ROM）和I/O接口等部件组成。主机板的作用建将采集到于位

直按照预定程序进行必要的数值计算、逻if判断、数据处理，及

时选择控制策略并将结果输出到工业过程。＜.

,系统总线■尊,

系统总线可分为内部总线和外部总线。内部总线是工控机内部名

组成部分之间进行信息传送的公共通道，是一组信号线的集合。

常用的内部总线有IBMPC总线和STD总线。外部总线是工控机11

其它计算机和智能设备进行信息传送的公共通道，常用外部总目

有RS-232C、RS485和IEEE-488通信总线。

③人-机接口

人-机接口包括显示器、键盘、打印机以及专用操作显示台等。

通过人-机接口设备，操作员与计算机」之间可以进行信息砌推U-

第二章计算控制系统概述9:26:41

.................................................

§麟黜高等院校自动化新编系列教材

通信接口是工业控制机与其它计算机和智能设备进行信息传

送的通道。常用IEEE-488、RS-232c和RS485接口

主机系统集成，USB总线接口技术正日益受氢重视。

③输入/输出模板d,

f-，「城—蚪翅M1

是工控机和生产过程之间进行信号传递和变换的连接通道。

包括模拟量输入通道（AI）、模拟量输出通道（A0）、数

字量（开关量）输入通道（DI）、数字量（开关量）输出

通道（DO）o

③系统支持

系统支持功能主要包括：

①监控定时器：俗称“看门狗”（Watchdog）o②电源掉电监飒

③后备存储器：④实时日历时钟

③磁盘系统：半导体虚拟磁盘，软贰硬盘或磁盘

第二章计算控制系统概述9:26:41

.L~___.

计算机控制技术高等院校自动化新编系列家材

-2.1.2IPC工控机的软件组成

软件是工1k捶制机的程序系统，可分为系统软再］芨持软件、应用软

件三部分。s▲

③系统软件用来管理IPC的资源，并以简便的形式向用户提供服今

③工具软件是技术人员从事软件开发工作的辅助软件，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

③应用软件是系统设计人员针对某个生产过程而编制的控

制和管理程序。通常包括过程输入输出程序、过程控制程

序、人-机接口程序、打印显示程序和公共子程序等。

第二章计算控制系统概述9:26:41

计算机控制技术高等院校自动IE新编系列教材

2.1.4IPC工控机的主要类型与其选型___

•依据采用总线的不同，工控机融产品主

要有：f

・PC总线工控机、STD总线工控机、VME

总线工控机

IPC选型：

・(1)主机档次，

•(2)IPC机型号，

•(3)内存、外存配备__________________

第二章计算控制系统概述9:26:41

计算机控制技术

STD总线

•1、总线标准-打

STD总线即StandardBus,是一种规模最小，面向工

业控制，设计周密的8位系统总线。/

•2、STD总线的性能特点

•1）支持的微型处理器STD总线支持8位微处理器。

2）总线的基本组成STD总线是一种小型的、面向

工业控制及测量的总线，全部总线只有56,这56根

总线被划分为四组，即：逻辑电源总线6根和辅助电

源总线4根，双向数据总线8根,地址总16根，控制

总线22根。

•3）支持多处理器系统可实现分布式、主机式及多

主STD总线多处理器系统。

第二章计算控制系统概述9:26:41

计算机控制技术高等院校自动化新编系列教材

•4）息碘通陶的控制方式STD总统是同步总线二二

采用伺步为港BWo

•5）中断功能STD总线最初只定义了两根中断控制

线，系统的中断功能不强。但在Syst曲IISTD总线

系统中，由于兼容了PC/XT,因此中断功能显著

提高。

•6）CMOS化

•7）局部总线扩展能力

•8）支持网络的功能

•9）模板尺寸STD模板尺寸为4.5英寸X6.5英寸（即

11.4cmX16.5cm）,是总线一模板式测控素统中最

小的，因此具有机械强度高、抗振动及抗冲击能力

强的特点。

•10）可靠性高-------------------------

第二章计算控制系统概述9:26:41

计算机控制技术高等院校自动化新编系列教材

•V_j，_e_r$_a.odelEurocard由Moto&la公司1981年:推出~

飞第_代31位工亚开放标准总线,旗主要特点是VME总线的

信号线模仿Motorola公司生产的§8000系列］单片机信号线，J

于其应用的广泛性被IEEE收为标准，即IE住,1014-1987,其示

准文件为VMEbusspecificationRevC.1。

•VME忘线的瞰一般有两种尺寸，一种是3U高度的萤一个

总线接口Jl，IWJ*长为！00mm*140mm,另一种是6U图度的特

2个总线接口JI、J2,高*长为233mm*140mm。

一般每块VME总线的插板上的接口JI、J2都有96针，每一人

接口都是3排，按A、B、C排列，每排32针，J1一般用于直

接与VME总线相连，J2的中间列用于扩展地址总线或数据,&

线，另外两列可由用户定义及I/O、磁盘驱动及其他外设等

（注意：我们应用的全固态电视发射机的I/O板和RC/RI板就

扩展了J2口的针脚。）因此VME总线已对未来的应用扩展项

留了信号针，这也是VME总线将来可以灵活升级的原因。

第二章计算控制系统概述9:26:41

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计算机控制技术高等院校自动化新编系列教材

STD-486主板

回f.sran«,,＞；（♦it.6"〈“6广“冲》;-.K，；《rrn，i"a："R.

第二章计算控制系统概述9:26:41

计算机控制技术22IPC总线结构高等院校自动化新编系列教材

2.2.1总线概述,=一

L总线标准实际上是一种接口信号的标*和协议

』总线定义与分类：JBfeOte或

总线是一组信号线的集合，它定义了引线的信号、电左

机械特性，是微机系统内部各组成部分之间、不同的亍

算机之间建立信号联系，进行信息传送的通道。

总线：内部总线（系统总线）和外部总线（通信总线）

、总线按功能或信号类型划分，主要有三类总线：

数据总线、地址总线、控制总线

工总线主要有数据传输、中断、多主设备支持、错误处卫

等功能------------------------

第二章计算控制系统概述9:26:41

计算机控制技术高等院校自动IE新编系列教材

内部总线是指微机内部各功能模块间进行通信的总线,

也称为系统总线。它是构成完整微机系统的内部信息

枢纽.

STD总线、ISA总线和PCI总线,

第二章计算控制系统概述9:26:41

计算机控制技术高等院校自动化新编系列教材

ISA总线介绍

•20世纪80年代初期，IBM在推出自己的微

机系统IBMPC/XT时，就定义&十种总线

结构，称为XT用线。这是8位数据宽度的总

线。随着IBM采用80286CPU,推出IBM

PC/AT微机系统，又定义了与XT总线兼容

的16位的AT总线。

•ISA”总线(IndustrialStandardArchitecture)MP

AT总线，它是在8位的XT总线基础上扩展

而成的16位的总线体系结构。__________

第二章计算控制系统概述9:26:41

计算机控制技术高等院校自动化新编系列教材

ISA总线f——

•后来，在大多数Pentium系列的PC机主板上仍

保留3〜4个ISA总线扩充槽，即可以插入8位

ISA卡,又可以插入16位ISA卡。

•ISA总线插槽

•ISA总线插槽有一长一短两个插口，长插口有

62个引脚，以A31〜A1和B31〜B1表示，分别

列于插槽的两面；短插p有36个引脚，以

(218~(21和口18~口1表不，也分别列于插槽的

两面。TSA总线插槽如图所示「

第二章计算控制系统概述9:26:41

ISA总线插槽

第二章计算控制系统概述9:26:41

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第二章计算控制系统概述9:26:41

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ISA板卡

第二章计算控制系统概述9:26:41

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PC递等一对传统总线结物的突破一

二方门注意到「随着微处理器速度及交能的改进与更新,

作为微型计算机重要组成部件的总线也被迫作相应的

改进和更新。否则，低速的总线将成为系统性能的瓶

颈。

•同时，人们也看到了另一个不容忽视的事实，即随着

微处理器的更新换代，一个个曾颇具影响的总线标作

也相继黯然失色了，与其配套制造的一大批接口设备

（板卡、适配器及连接器等）也渐渐被束之高阁。

•这就迫使人们思考一个问题，即能否制定和开发一和

性能优越且能保持相对稳定的总线结构和技术规范未

摆脱传统总线技术发展的这种困境呢？

第二章计算控制系统概述9:26:41

计算机控制技术高等院校自动化新编系列教材

PCI总线一对传统总线期的突暧二

•PCI总线(PeripheralComponentInterconnect,外围部件

互连总线)于1991年由Intel公司首先提出，/由PCI

SIG(SpecialInterestGroup)来发展和推广。

•PCISIG是一个包括Intel、IBM、Compaq>Apple和

DEC等100多家公司在内的组织集团。1992年6月推出

了PCI1.0版，1995年6月又推出了支持64位数据通路、

66MHz工作频率的PCI2.1版。

•由于PCI总线先进的结构特性及其优异的性能，使之感

为现代微机系统总线结构中的佼佼者，并被多数现代

高性能微机系统所广泛采用。

第二章计算控制系统概述9:26:41

高等院校自动化新编系列调

计算机控制技术

PCL总线的主要特点"——

・传输率高-F

•采用数据线和地址线复用结构，减少了总线引脚数

•总线支持无限猝发读写方式和并行工作方式

•总线宽度为32位(5V),可升级为64位(3.3V)

•PCI总线与CPU异步工作：PCI总线的工作频率固定

为33MHz,与CPU的工作频率无关，使PCI总线不

受处理器的限制

•提供了即插即用功能，允许PCI局部总线扩展卡和

元件进行自动配置

第二章计算控制系统概述9:26:41

4---------------------------------

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必需的可选的

A%〜AD#

______Z1____N

—/C/BE〜C/BEI

数据线〜47位总线

C/BEoC/BE3N—胡展信号

PAR◄------►PAR64

/______4--------------

■REQ64,■

FRAME<PC总

线►ACK64

TRDY>LOCK接口控制

接口控制IRDY>INTA

信号STOPINTB

INTCr中断信号

DEVSEL

INTD

(IDSEL

ASBO支持高速缓

"PERR<ASDONE

出错报告乂-------)存信号

SERR—TDI

►TDO边界扫描

仲裁REQ<

GNTTCK〉信号

TMS

CLK

系统TRST

RST

图2.2PCI总线引■脚

第二章计算控制系统概述9:26:41

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PCI卡

门

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