計(jì)算機(jī)控制-IPC課件

第10講IPC

1.IPC的結(jié)構(gòu)組成、總線技術(shù)和模板結(jié)構(gòu)化。

2.IPC的功能特點(diǎn)與主要模板。

引言

在采用計(jì)算機(jī)的工業(yè)生產(chǎn)過程中，特別

是對(duì)于具有一定規(guī)模的工程項(xiàng)目而言，出于

可靠性實(shí)時(shí)性好、功能豐富配套完善與擴(kuò)充

控制系統(tǒng)靈活開發(fā)周期短的考慮，人們更愿

意選用專用于工業(yè)控制的現(xiàn)成的通用控制計(jì)

算機(jī)。

工業(yè)控制機(jī)IPC與可編程控制器PLC是應(yīng)用

十分廣泛但結(jié)構(gòu)顯著不同的兩種計(jì)算機(jī)控制系

統(tǒng)。它們不僅在中小型控制系統(tǒng)中擔(dān)當(dāng)主要控

制裝置，而且還可以作為大型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中

最基層的一種控制單元。

同

隨著計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的日益科學(xué)化、合理化和標(biāo)

準(zhǔn)化，計(jì)算機(jī)總線概念與模板化結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成且

完善起來。IPC在硬件上，由計(jì)算機(jī)生產(chǎn)廠家按

照某種標(biāo)準(zhǔn)總線，設(shè)計(jì)制造出符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的主

機(jī)板及各種I/O模板，所以控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者只

要選用相應(yīng)的功能模板，象搭積木似的、靈活地

構(gòu)成各種用途的計(jì)算機(jī)控制裝置；而在軟件上，

利用熟知的系統(tǒng)軟件和工具軟件，編制或組態(tài)出

相應(yīng)的應(yīng)用軟件，就可以非常便捷地完成對(duì)生產(chǎn)

流程的集中控制與調(diào)度管理，并進(jìn)一步向綜合自

動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

一般的把適合于工業(yè)環(huán)境使用的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱之為

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。一'般也叫IPC[IndustryPersonal

Computer]o嚴(yán)格說來，所謂工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是指那些滿足

下述條件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：

?能夠提供各種數(shù)據(jù)采集和控制功能。

?能夠和工業(yè)對(duì)象的傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接接口。

■能夠在苛刻的工業(yè)環(huán)境下可靠運(yùn)行。

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比較，具有以下主要特

(1)具有豐富的過程輸入/輸出(I/O)功能

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是與工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)緊密結(jié)合，主

要面向機(jī)電一體化產(chǎn)品和成套裝置控制應(yīng)用的要求，與

生產(chǎn)工藝過程和機(jī)械設(shè)備相匹配的一個(gè)有機(jī)組成部分。

它必須與控制儀表、顯示儀表、檢測(cè)儀表、執(zhí)行器以及

聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)聯(lián)用，才能完成對(duì)各種設(shè)備和工藝裝置的

控制。因此，除了計(jì)算機(jī)的基本部分如CPU、存儲(chǔ)

器外，還必須有豐富的過程輸入/輸出設(shè)備(相對(duì)于數(shù)據(jù)

處理機(jī))和完善的外部設(shè)備，這些是工業(yè)控制機(jī)能否投入

運(yùn)行的重要條件。

(2)實(shí)時(shí)性高

所謂的“實(shí)時(shí)”，是指信號(hào)的輸入、計(jì)算和

輸出都要在一定的時(shí)間內(nèi)完成，亦即“及時(shí)”，

超出這個(gè)時(shí)限，就失去了控制的時(shí)機(jī)，控制也就

失去了意義。

工業(yè)控制機(jī)具有時(shí)間驅(qū)動(dòng)和事件驅(qū)動(dòng)的能力,

要能對(duì)生產(chǎn)過程工況變化實(shí)時(shí)地進(jìn)行監(jiān)視和控制。

當(dāng)過程參數(shù)出現(xiàn)偏差甚至故障時(shí)，能迅速響應(yīng)，

予以判斷，及時(shí)處理。為此，通常需配有實(shí)時(shí)操

作系統(tǒng)，完善的中斷系統(tǒng)等，沒有這些就無法很

好地執(zhí)行工業(yè)控制任務(wù)。

(3)具有高可靠性

工業(yè)生產(chǎn)過程通常是晝夜連續(xù)的，一般的生

產(chǎn)裝置要幾個(gè)月甚至一年才大修一次，非正常停

機(jī)往往會(huì)造成還很大的損失，這就要求工業(yè)控制

機(jī)可靠性盡可能的高。因此它要求：

低故障率；一般來說，要求工業(yè)控制機(jī)的平

均故障間隔時(shí)間(MTBF)不應(yīng)低于數(shù)千甚至上萬小

時(shí)。

短的故障修復(fù)時(shí)間(MTTR)；可采用冗余技

術(shù)，更換模板容易，能夠熱拔插。

運(yùn)行效率高；一定時(shí)間內(nèi)(例如一年)，運(yùn)行

時(shí)間占整個(gè)時(shí)間的比率一般要求99%以上。

(4)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)必須采取必要的

措施，適應(yīng)高溫、高濕、腐蝕、振動(dòng)沖擊、灰塵等環(huán)境。

例如，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下電、磁干擾嚴(yán)重，供電條件不良，

工業(yè)控制機(jī)必須有極高的電磁兼容性，有高抗干擾能力和

共模抑制能力。

(5)有豐富的應(yīng)用軟件

工業(yè)控制軟件正向結(jié)構(gòu)化、組態(tài)化發(fā)展。工業(yè)控制

計(jì)算機(jī)一般與PC機(jī)兼容，在PC機(jī)上運(yùn)行的軟件一般都可

以在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。

(6)技術(shù)綜合性要求高

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)應(yīng)用是系統(tǒng)工程問題。除了要解決計(jì)

算機(jī)的基本部分以外，還需要解決它如何與被測(cè)控對(duì)象的

接口，如何適應(yīng)復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境，如何與工藝過程與企業(yè)

管理相結(jié)合等一系列問題。

以上是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和其它類型計(jì)算機(jī)相比的區(qū)別

IPC結(jié)構(gòu)組成

<=>

外部總線

內(nèi)部總線

圖11-1IPC的硬件組成框圖

1.內(nèi)部總線和外部總線

內(nèi)部總線是IPC內(nèi)部各組成部分進(jìn)行信息傳送的公

共通道，是一組信號(hào)線的集合。常用的內(nèi)部總線有PC總

線、STD總線，以及VME總線和MULTIbus等總線。

外部總線是IPC與其它計(jì)算機(jī)或智能設(shè)備進(jìn)行信息傳

送的公共通道。常用的外部總線有RS-232C、RS-485和

IEEE—488通信總線等。

2.主機(jī)板

主機(jī)板由中央處理器（CPU）、內(nèi)存儲(chǔ)器（RAM、

ROM）等部件組成，它是IPC的核心

3.人-機(jī)接口

人機(jī)接口是人與計(jì)算機(jī)交流的一種外設(shè)。它由標(biāo)準(zhǔn)的

PC鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器和打印機(jī)等組成。

4.系統(tǒng)支持板

IPC的系統(tǒng)支持板主要包括如下部分：

(1)程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)，即看門狗定時(shí)器：當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常

時(shí)能使系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行。

(2)電源掉電檢測(cè)：其目的是為了及時(shí)檢測(cè)到電源掉電后，

立即保護(hù)當(dāng)時(shí)的重要數(shù)據(jù)和各寄存器的狀態(tài)。

(3)保護(hù)重要數(shù)據(jù)的后備存儲(chǔ)器：采用帶有后備電池的SRAM、

NOVRAM、EEPROM,能在系統(tǒng)掉電后保證數(shù)據(jù)不丟失。

（4）實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘：用于定時(shí)自動(dòng)執(zhí)行某些控制功

能和自動(dòng)記錄某個(gè)控制是在何時(shí)發(fā)生的。

5.磁盤系統(tǒng)

磁盤系統(tǒng)有半導(dǎo)體虛擬磁盤以及通用的軟磁盤和

硬磁盤。

6.通信接口

通信接口是IPC和其它計(jì)算機(jī)或智能外設(shè)的接口,

常用的接口有RS—232C、RS-485和IEEE—488等接口。

7.輸人輸出模板

輸入輸出模板是IPC和生產(chǎn)過程之間信號(hào)傳遞和

變換的連接通道。它包括模擬量輸入（AI或A/D）模

板、模擬量輸出（A0或D/A）模板，數(shù)字量輸入（DI）

模板、數(shù)字量輸出（DO）模板等種類。

由于輸入或輸出均涉及到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)被控參數(shù)的種

類、個(gè)數(shù)、精度、干擾等等，因而其該類模板是系統(tǒng)

中性能差異最大、品種類型最多、也是用戶選擇最為

豐富的一種。在前幾章（第2、3、4、8章）討論過的

接口電路技術(shù)就是此類模板的構(gòu)成基礎(chǔ)，也是選用這

類模板性能指標(biāo)的理論依據(jù)。

11.1.2軟件組成

IPC的硬件構(gòu)成了工業(yè)控制機(jī)系統(tǒng)的設(shè)備基礎(chǔ),

要真正實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的計(jì)算機(jī)控制，必須為硬件提

供或研制相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件，即把人的知識(shí)邏輯與

控制思維加入計(jì)算機(jī)中，才能實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)。在工

業(yè)控制系統(tǒng)中，軟件可分為系統(tǒng)軟件、工具軟件和

應(yīng)用軟件三大部分，有時(shí)也將工具軟件歸于系統(tǒng)軟

件。

?1.系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件用來管理IPC的資源，并以簡(jiǎn)便的形式向

用戶提供服務(wù)，包括實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)、引導(dǎo)程序、

調(diào)度執(zhí)行程序等，其中操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件最基本的部

分，如MS-DOS和Windows等系統(tǒng)軟件。

?2.工具軟件

工具軟件是技術(shù)人員從事軟件開發(fā)工作的輔助軟

件，包括匯編語言、高級(jí)語言、編譯程序、編輯程序、

調(diào)試程序、診斷程序等，借以提高軟件生產(chǎn)效率，改

善軟件產(chǎn)品質(zhì)量。

?3.應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟化是系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員針對(duì)某個(gè)生產(chǎn)過程現(xiàn)

時(shí)編制的控制和管理程序，它往往涉及應(yīng)用領(lǐng)域的

專業(yè)知識(shí)。它包括過程輸入程序、過程控制程序、

過程輸出程序、人一機(jī)接口程序、打印顯示程序和

控制程序等。當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)是計(jì)算機(jī)

控制技術(shù)的控制與管理一體化，以便適應(yīng)不斷變化

的市場(chǎng)需求。而工業(yè)控制的應(yīng)用軟件就起著關(guān)鍵性

的作用，因此它應(yīng)具有通用性、開放性、實(shí)時(shí)性、

多任務(wù)性和網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)。

現(xiàn)在許多專業(yè)化公司開發(fā)生產(chǎn)了商品化的工業(yè)

控制軟件，如數(shù)據(jù)采集軟件、工控組態(tài)軟件、過程

仿真軟件等，這些都為應(yīng)用軟件的開發(fā)提供了絕佳

的使用平臺(tái)。

11.2IPC總線結(jié)構(gòu)

IPC的模板結(jié)構(gòu)正是依存于它的總線結(jié)構(gòu)。

總線是一組信號(hào)線的集合，它定義了各引線的信

號(hào)特性、電氣特性和機(jī)械特性。使計(jì)算機(jī)箱內(nèi)各

模板之間以及主機(jī)與外部設(shè)備之間建立起信號(hào)聯(lián)

系，進(jìn)行信息傳送和通信。因此總線是IPC的重

要組成部分，它分內(nèi)部總線與外部總線兩種。

11.2.1內(nèi)部總線

內(nèi)部總線是指IPC內(nèi)部各個(gè)功能模板之間的信

息通路，它是構(gòu)成完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部信息樞

紐，也稱為系統(tǒng)總線。盡管各種總線的引線數(shù)目不

同，但按功能都是分為數(shù)據(jù)總線DB、地址總線AB、

控制總線CB和電源總線PB四大部分。

內(nèi)部總線是一塊置于機(jī)箱內(nèi)的的多

組并列插槽，各插槽上的同號(hào)引腳是電氣相連的，

從而完成插入槽內(nèi)的各功能模板之間的信息傳送

（可參見后面的圖11-4）。顯然，內(nèi)部總線對(duì)計(jì)算

機(jī)設(shè)計(jì)者和用戶都是十分重要的一種設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。采

用總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、組裝的計(jì)算機(jī)模板與設(shè)備的兼容

性很強(qiáng)，因?yàn)榻硬寮臋C(jī)械尺寸、各引腳的信號(hào)定

義、邏輯關(guān)系、時(shí)序要求和驅(qū)動(dòng)能力等都遵守統(tǒng)一

的總線標(biāo)準(zhǔn)。

由于歷史的原因，存在著多種總線標(biāo)準(zhǔn)。目前工

控領(lǐng)域里應(yīng)用最廣的兩種總線是STD總線和PC總線。

□1.STD總線

STD總線是美國PRO-LOG公司1978年推出的一種

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)總線，STD是Standard

的縮寫。該總線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，全部56根引腳線都有確

切的定義。STD總線定義了一個(gè)8位微處理器總線標(biāo)

準(zhǔn)，其中有8根數(shù)據(jù)線、16根地址線、22根控制線

和10根電源線，可以兼容各種通用的8位微處強(qiáng)器，

如8080、8085、6800、Z80、NSC800等。通過采用

周期竊取和總線復(fù)用技術(shù)，還可以定義16根數(shù)據(jù)線、

24根地址線，使STD總線升級(jí)為8位/16位微處理器

兼容總線，可以容納16位微處理器，如8086、

68000、80286、80386等。

■I0.?iHntamscMit.MU?IW/4AM.?>????>KEV.<r-r.a??KWA.

表11-1STD總線56根引腳分配

⑨

1987年，STD總線被國際標(biāo)準(zhǔn)化會(huì)議定名為

IEEE961o隨著32位微處理器的出現(xiàn)，通過采用附加金

手指或系統(tǒng)總統(tǒng)與局部總線轉(zhuǎn)換等技術(shù)，1989年美國

的EAITECH公司又開發(fā)出對(duì)32位微處理器兼容的STD32

總線。

STD總線IPC由于具有小模板結(jié)構(gòu)、開放式結(jié)構(gòu)和

兼容式總線結(jié)構(gòu)的幾大優(yōu)點(diǎn)，以及價(jià)格較低，因而成

為20世紀(jì)八、九十年代的主流機(jī)型。

□2.PC總線

PC總線是IBMPC總線的簡(jiǎn)稱，PC總線因IBMPC

及其兼容機(jī)的廣泛普及而成為全世界用戶承認(rèn)的一

種事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。PC總線IPC,或稱為工業(yè)PC機(jī)即

IPC,即是脫胎于IBMPC機(jī)發(fā)展起來的。

IBMPC總線共有62根引腳線，其CPU是Intel公司

準(zhǔn)16位的8088或16位的8086,隨著CPU的更新?lián)Q代，

PC總線也隨之?dāng)U充，諸如支持80286CPU的ISA總線、

支持80486和奔騰系列的PCI、VESA總線等。

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表11-2PC總線62根引腳分配

表lb2列出了PC總線的62根引腳分配，其中：

電源線和輔助電源線為n根，數(shù)據(jù)總線為8根，地

址總線為20根，控制總線為21根，另外還有外態(tài)線

2根，即I/O（I/O通道檢查）、I/OCHRDY（I/O通

道準(zhǔn)備好）。

PC總線IPC由于既兼顧了STD總線IPC的抗干擾

性能，又與PC機(jī)及其不斷升級(jí)的硬軟件資源完全兼

容，因而近年來已成為工控領(lǐng)域中的主流機(jī)型。

11.2.2外部總線

外部總線是指計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與

遠(yuǎn)程終端之間、計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備以及測(cè)量儀器儀

表之間的信息通路，常稱為通信總線。通信總線的

數(shù)據(jù)傳輸方式可以是并行的，也可以是串行的，可

分別稱為并行通信總線和串行通信總線。

11.3IPC功能特點(diǎn)

IPC是一種專用于工業(yè)場(chǎng)合下的控制計(jì)算機(jī)。

一方面工業(yè)環(huán)境常常處于高溫、高濕、腐蝕、振動(dòng)、

沖擊、灰塵，以及電磁干擾嚴(yán)重、供電條件不良等

等惡劣環(huán)境中；一方面工業(yè)生產(chǎn)過程因行業(yè)、原料、

產(chǎn)品的不同，而使生產(chǎn)過程、工藝要求也五花八門。

這些都是工業(yè)自動(dòng)化控制中要解決的重要課題。由

于IPC采用了總線技術(shù)和模板化結(jié)構(gòu)，再加上采取

了多重抗干擾措施，因而使IPC系統(tǒng)具有其它計(jì)算

機(jī)系統(tǒng)無法比擬的功能特點(diǎn)。

冏1.可靠性和可維修性好

可靠性和可維修性是生產(chǎn)過程中兩個(gè)非常重要的

先決因素，它們決定著系統(tǒng)在控制上的可用程度。可

靠性的簡(jiǎn)單含義是指設(shè)備在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)運(yùn)行不發(fā)生

故障，可維修性是指工業(yè)控制機(jī)發(fā)生故障時(shí)，維修快

速、簡(jiǎn)單方便。

IPC把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各種功能分解到每一塊只具

備單一功能的模板上。而模板結(jié)構(gòu)的小型化，使之

機(jī)械強(qiáng)度好，抗震動(dòng)能力強(qiáng)；模板功能的單一，便

于對(duì)系統(tǒng)故障的診斷與維修，甚至可作到模板的帶

電插拔；模板的線路設(shè)計(jì)布局合理，即由總線緩沖

模塊到功能模塊、再到I/O驅(qū)動(dòng)輸出模塊，使信號(hào)流

向基本為直線到達(dá)，降低了信號(hào)間的相互干擾；另

外在結(jié)構(gòu)配置上還采取了許多措施，如密封機(jī)箱正

壓送風(fēng)、使用工業(yè)電源、帶有看門狗系統(tǒng)支持板等

等。所有這一切多重抗干擾措施都大大提高了系統(tǒng)

的可靠性和可維護(hù)性。

fiu2.通用性和擴(kuò)展性好

通用性和擴(kuò)展性也是生產(chǎn)過程中兩個(gè)重要的

因素，它們關(guān)系著系統(tǒng)在控制領(lǐng)域中的使用范圍。

通用性的簡(jiǎn)單含義是指適合于各種行業(yè)、各種工

藝流程或設(shè)備的自動(dòng)化控制，擴(kuò)展性是指當(dāng)工藝

變化或生產(chǎn)擴(kuò)大時(shí)，IPC能靈活地?cái)U(kuò)充或增加功能。

IPC針對(duì)各種控制對(duì)象進(jìn)行分析與綜合后，設(shè)

計(jì)出幾大類上百個(gè)不同功能的輸入輸出模板，足以

滿足各種需求。比如某工控公司的模擬量輸入模板

有如下幾種主要產(chǎn)品：二階有源低通濾波器板，4

路/8路熱電阻信號(hào)調(diào)理板，16路差分輸入I/V變換

板，32路單端輸入I/V變換板，64路帶光隔模擬量

輸入擴(kuò)展板，等等。

所以通過對(duì)模板品種和數(shù)量的選擇與組合，并插入

底板總線插槽，就十分方便地配置成不同生產(chǎn)過程所需

IPCo其靈活性、通用性和擴(kuò)展性顯而易見。

利3.軟件豐富編程趨向組態(tài)

IPC已配備完整的操作系統(tǒng)、適合生產(chǎn)過程控制的

工具軟件以及各種控制軟件包。工業(yè)控制軟件正向結(jié)

構(gòu)化、組態(tài)化方向發(fā)展，詳情見第13章。

冏4.控制實(shí)時(shí)性強(qiáng)

IPC配有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和中斷系統(tǒng)，因而具有時(shí)

間驅(qū)動(dòng)和事件驅(qū)動(dòng)能力，能對(duì)生產(chǎn)過程的工況變化實(shí)

時(shí)地進(jìn)行監(jiān)視和控制。

nu5.精度和速度適當(dāng)

一般生產(chǎn)過程，對(duì)于精度和運(yùn)算速度要求并不

苛刻。通常字長為8?32位，速度在每秒幾萬次至幾

百萬次。但隨著自動(dòng)化程度的提高，對(duì)于精度和運(yùn)算

速度的要求也在不斷提高，IPC相應(yīng)地也配有不同層

次的機(jī)型。

總之，總線式IPC具有小型化、化、標(biāo)準(zhǔn)化模板

化、組合的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，能滿足不同層次、不同控制

對(duì)象的需要，又能在惡劣的工業(yè)環(huán)境中可靠地運(yùn)行。

因而，它廣泛應(yīng)用于各種控制場(chǎng)合，尤其是中等規(guī)

模的控制系統(tǒng)中。

11.4IPC產(chǎn)品簡(jiǎn)介

目前國內(nèi)外生產(chǎn)總線式IPC的專業(yè)廠家很多，

著名品牌比比皆是，如愛瑞、研華、研祥、凌華、

中泰、康泰克、康拓、威達(dá)、華控、浪潮等等。現(xiàn)

以深圳研祥工控集團(tuán)研制的PC總線工業(yè)計(jì)算機(jī)產(chǎn)品

為例作一說明。

研祥的PC總線工業(yè)計(jì)算機(jī)共有14種系列：工

業(yè)計(jì)算機(jī)機(jī)箱，工業(yè)一體化工作站，工業(yè)平板電

腦/顯示器，便攜式工業(yè)計(jì)算機(jī)，工業(yè)級(jí)CPU卡，

工業(yè)級(jí)底板，工業(yè)計(jì)算機(jī)外設(shè)，亞當(dāng)系列遠(yuǎn)端數(shù)

據(jù)采集與控制模塊，基于ISA總線數(shù)據(jù)采集與控制

卡，基于PC總線數(shù)據(jù)采集與控制卡，端子板和附

件，工業(yè)通信，應(yīng)用軟件等；每一種系列又有幾

種至十幾種規(guī)格型號(hào)。以下簡(jiǎn)單介紹公司的幾種

產(chǎn)品。

11.4.1工業(yè)計(jì)算機(jī)機(jī)箱

研祥的機(jī)箱按帶不帶底板和電源、安裝形式是

桌面、壁掛還是上架以及尺寸長度不一等問題，又

可分為二十幾種型號(hào)。圖11-2為IPC-810/811型號(hào)

的14槽上架型計(jì)算機(jī)機(jī)箱。

■■■

圖11-2IPC-810/811機(jī)箱

ISA總線無源底板

ISA+PCI總線無源底板

其產(chǎn)品特性為：上架型,符合EIA

RS-310c標(biāo)準(zhǔn)，14槽ISA/PCI/PICMG無源底板,

提供三個(gè)3.5”和兩個(gè)5.25“磁盤驅(qū)動(dòng)器空間，

前面板帶電源開關(guān)，CPU復(fù)位按鈕，鍵盤鎖開

關(guān)，電源開關(guān)LED和HDDLED,防塵帶鎖門保

護(hù)控制部件，前后面板均帶鍵盤接口，防止

插卡振動(dòng)的防震壓條，支持PS/2規(guī)格電源，

尺寸177（高）X482（寬）X452（深）mni,支持

ATX母板。

11.4.2工業(yè)級(jí)底板

研祥的底板按插槽種類、槽數(shù)多少、電源種類以及

配置不同等問題，又可分為三十幾種型號(hào)。圖3

為IPC-6114P4A型號(hào)的14槽底板。

產(chǎn)品規(guī)格為：最大擴(kuò)展槽14,最大分段1,ISA槽9,

PCI槽4,PICMG槽1,電源LED±5V,±12V,+3V,可

能配置14（1-PCI系統(tǒng)），尺寸置m）322X300o

圖H-3IPC-6114P4A14槽底板

■■u

ISA+PCI總線無源底板

11.4.3工業(yè)級(jí)CPU卡

研祥的CPU卡按CPU種類、存儲(chǔ)器容量、顯示方式、

主板長短以及I/O接口不同等問題，又可分為十幾

種型號(hào)。圖11-4為IPC-586VDNH(GX)CPU卡。

圖H-4IPC-586VDNH(GX)CPU卡

■■u

CPU卡

Features

?Socket370PentiumIll/Celeronupto1.4GHz

?Upto4GBregisteredSDRAM

,OnboardhighperformanceVGAwith8MBSDRAM

?Supports10/100/1000Base-TEthernetordual

10/100Bas8-TEthernet,Broadcom5701/Inta182559

controller

?64-bit/66MHzPCIbusinterlace

?Onboardhardwaremonitoring

?CMOSautomaticbackupandrestoretoprevent

accidentaldatalossofBIOSsetup

>1.產(chǎn)品簡(jiǎn)介

IPC-586VDNH(GX)采用美國國家半導(dǎo)體公司

低功耗586級(jí)處理器GX1系列設(shè)計(jì)，單5V供電，板

上集成了VGA/LCD控制器，支持18bitTFT顯示；

作為486及以下主板替代產(chǎn)品，IPC-586VDNH(GX)

支持168-pin內(nèi)存(代替30線、72線舊產(chǎn)品)，網(wǎng)

絡(luò)接口升速至100Mbps,增加了兩個(gè)廣泛使用的

USB接口，處理器達(dá)到586多媒體級(jí)性能，在

0~60℃工作范圍內(nèi)無需風(fēng)扇，極大提高了系統(tǒng)的

可靠性。IPC-586VDNH(GX)既可通過工業(yè)底版機(jī)

箱組成工業(yè)級(jí)應(yīng)用產(chǎn)品，也可作為嵌入式單板使

用?？蓮V泛應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品、儀器儀表、

Internet設(shè)備、各種智能儀器儀表

>2.產(chǎn)品規(guī)格

總線類型：ISA總線半長卡

處理器：板上增強(qiáng)型低功耗NSGXLV2.2V

200/233MHzCPU,無需CPU風(fēng)扇可正常工作

系統(tǒng)芯片集：NSCx5530A

系統(tǒng)內(nèi)存：168pinDIMMX1,最大128MB內(nèi)存

BIOS：AwardPnPBIOS

在板視頻：NSCX5530支持CRT/LCD顯示，顯示內(nèi)存

L5MB?4MB,分辨率1024X768X24bpp(CRT)、

1024X768X18bpp(LCD)、18bitTFTLCD接口

■■■

在板LAN：RTL8139cl0/100MEthernet控制器，RJ?45接

□

固態(tài)盤接口：M-SystemDiskOnChipflash盤

IDE控制器：一個(gè)UltraDMA33通道，可接2個(gè)設(shè)備

USB接口：2個(gè)USB接口

多I/O接口：PC97317I/O接口芯片，一個(gè)FDD接口，一個(gè)并

口，一個(gè)RS-232接口，一個(gè)RS-232/422/485接口，一個(gè)鍵盤，

一個(gè)鼠標(biāo)接口，一個(gè)115KbpslrDA接口

電源：+5V單電源

擴(kuò)充總線：PC/104擴(kuò)充總線

外形尺寸：185mmX122mm

工作溫度：0?60℃

相對(duì)濕度；5%?90%,非凝結(jié)■■闞

11.4.4PCI總線I/O卡

研祥的I/O卡按模擬量輸入路數(shù)與極性、采樣

速率、模擬量輸出范圍以及數(shù)字I/O通道的不同等

問題，又可分為十余種型號(hào)。圖11-5為PCI-64AD系

列數(shù)據(jù)采集與控制卡

圖11-5PCI-64AD系歹Ijl/O卡

1.特性：

32位PCI總線，即插即用

64路單端或32路雙端模擬輸入通道

雙極性模擬輸入范圍

板上A/D1K字FIFO內(nèi)存

自動(dòng)掃描通道選擇

最高至lOOKHz采樣速率

可編程增益XI,X10,X100,X1000

3個(gè)觸發(fā)模式：軟件觸發(fā)，定時(shí)器觸發(fā)和外部觸

發(fā)

16通道DI和16DO

緊湊型，半長PCB

2.規(guī)格：

模擬量輸入(A/D)

轉(zhuǎn)換器和分辨率：12位ADS774或兼容芯片

通道數(shù)：64S.E./32D.I.

模擬信號(hào)輸入范圍(軟件控制)：

增益二100或1000時(shí)，精度為0.02%+1LSB

輸入阻抗：：10M

觸發(fā)模式：軟件、定時(shí)觸發(fā)或外部觸發(fā)

數(shù)據(jù)傳輸：程序控制、中斷

FIFO大?。?024字

■可編程計(jì)數(shù)器

器件：8254

A/D短時(shí)觸發(fā)器：32位定時(shí)器（兩個(gè)16位計(jì)數(shù)器

級(jí)連），帶一個(gè)2MHz的時(shí)基.

定時(shí)觸發(fā)器輸出：0.00046Hz—0.5MHz

4.通用規(guī)范

作

度

溫

工O~55Oc

?

溫

度

儲(chǔ)~O

存2O8OC

?-

濕

度：595%無凝結(jié)

功

耗：+5V,600mA典型值；+12V,100mA典型

值

寸

尺

：緊湊型，107nimX1721H1I1

5.數(shù)字I/O

輸入通道數(shù)：16DI

輸出通道數(shù)：16DO

信號(hào)類型：TTL兼容

5.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的選擇

1選擇合適的主機(jī)檔次（CPU檔次）

2根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合選擇合適的型號(hào)

3內(nèi)存、外存配置

4I/O模板

應(yīng)用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制時(shí)，首先要

把各種測(cè)量參數(shù)送入計(jì)算機(jī)中。計(jì)算機(jī)對(duì)這些采樣數(shù)據(jù)

進(jìn)行一系列計(jì)算處理后將結(jié)果數(shù)據(jù)輸出。計(jì)算機(jī)的輸出

結(jié)果是以數(shù)字量的形式輸出的，通常還必須轉(zhuǎn)換成可對(duì)

過程進(jìn)行控制的模擬量。因此，構(gòu)成一個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng),

除了工業(yè)控制計(jì)算機(jī)主機(jī)之外，還需要配備各種用途的

I/O接口產(chǎn)品。

在采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為控制系統(tǒng)核心時(shí)，通常

是選用專業(yè)廠家生產(chǎn)的I/O接口模板。

常用的各類接口模板

相配套的

輸入/輸出信息來源及用途信息種類

接口模板產(chǎn)品

溫度、壓力、物移、轉(zhuǎn)速、流量等來自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)

模擬量輸入信息模擬量輸入模板

備運(yùn)行狀態(tài)的模擬電信號(hào)

限位開關(guān)狀態(tài)、數(shù)字裝置的輸出數(shù)碼、接點(diǎn)

數(shù)字量輸入信息數(shù)字量輸入模板

斷通狀態(tài)、電平變化

執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制執(zhí)行、記錄等（模擬電流/電壓）模擬量輸出信息模擬量輸出模板

執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行、報(bào)警顯示蜂嗚器等其它

數(shù)字量輸出信息數(shù)字量輸出模板

數(shù)字量

流量計(jì)算、電功率計(jì)算、轉(zhuǎn)速、長度測(cè)量等脈

脈沖量輸入信息脈沖計(jì)數(shù)/處理模板

沖形式輸入信號(hào)

操作中斷、事故中斷、報(bào)警中斷及其它需要中

中斷輸入信息多通道中斷控制模板

斷的輸入信號(hào)

驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（步進(jìn)電機(jī)）的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)輸出脈沖信號(hào)輸出步進(jìn)電機(jī)控制模板

多-C1I0

A/D放大器

盆-CHI

AD1674

擬

開

關(guān)

一CH30

-CIBI

DA

地m譯碼及O(rr

邏輯控制

DO~D7A0--19IQQ2J

IBM-PCXT/ATBUS

信號(hào)輸入插座定義

!N(X)CH)。12CHOI1N0I

IN02CH0234CH03INO3

IN<I4CH()456CH05IN05

IN06CH06-XCH07IN07

INORCHON910CHOO1N09

INIOCH10II12CHI1INI1

IN12CH121314CH13INI3

IN14CH141516CH15INI5

GND1718GND

+5V)920+12V

IN<X)CH162122CH171N0I

IN02CHIS2324CH191N03

IN04(H202526CH21IN05

IN06CH22272XCH23IN07

INOSCH24293()CH25IN(I()

INK)CH263132CH27INI1

IN12CH283334CH29INI3

IN14CH303536CH3IINI5

DA3738PDRI

GND3940GND

CliOO-CH3I:模擬仁，號(hào)單扁輸入「戈仙“端嫉入正端

IN(XH'IN15H膜擬信號(hào)雙端廣動(dòng)鉤入正揣(僅HY-6022/6023)

IN00-7N15-：嗅擬信號(hào)雙端廣動(dòng)輸入負(fù)端(僅HY6022/6023)

I)A：模擬電樂信號(hào)輸升1端《僅HY—6O2O/HY6()22)

PDRL業(yè)擬電壓倍'，：偽雙端輸入^022.6023)

+5V：I機(jī)+5V-嫄輸出端

+I2V：1：機(jī)+12V電源檢出端

GND：I機(jī)電源地儀輸2諭《一號(hào)地端

系統(tǒng)集成舉例

.1瀝青生產(chǎn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)-最簡(jiǎn)控制系

統(tǒng)

乳

執(zhí)八、、儲(chǔ)

化

水罐

機(jī)

瀝

青

圖4.34工藝流程示意

乳化瀝青流量儀表

脈

計(jì)數(shù)和沖

形

整

I/O模塊熱水流量儀表

隔

和

模

離裝車流量儀表

塊

繼

電裝車泵電機(jī)

器

模

塊

離模

隔

輸

量

擬變頻器瀝青泵電機(jī)

夬

出

榭

變頻器熱水泵電機(jī)

圖4.35控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

其它新型IPC

面板式工業(yè)控制機(jī)(PanelComputer)

這是一種緊湊型的工業(yè)控制機(jī)。它是一種將

主機(jī)、顯示器(觸模式屏幕，可代替鍵盤)、電源、

軟盤驅(qū)動(dòng)器和串行接口集中在一起的一體化工業(yè)

控制機(jī)，具有體積小巧、重量輕的特點(diǎn)。顯示器

為超薄型顯示器。彩色顯示器有TFT型及STN型。

單色顯示器有LCD和EL型之分。這種緊湊型工業(yè)

控制機(jī)非常適合于應(yīng)用在對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)體積要求

比較高的機(jī)電一體化系統(tǒng)中。

CompactPCI工業(yè)控制計(jì)算機(jī)

CompactPCI是compactperipheral

componentinterconnect的英文縮寫，意思是

“堅(jiān)實(shí)的PCI，簡(jiǎn)單地說，CompactPCI是PCI

總線的電氣和軟件標(biāo)準(zhǔn)加歐式卡的工業(yè)組裝標(biāo)準(zhǔn),

它是當(dāng)今最新的一種工業(yè)計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)。

CompactPCI與傳統(tǒng)工業(yè)PC相對(duì)比，具有以下幾個(gè)特性：

維護(hù)性:

從傳統(tǒng)工業(yè)PC系統(tǒng)上更換一塊板卡常常是相當(dāng)耗時(shí)

的；用戶需松開并移去機(jī)箱蓋，從板卡上斷開所有連接,

換卡，重新連線，重新上機(jī)箱蓋。由于板卡與外圍設(shè)備之

間可能會(huì)有一些內(nèi)部連接電纜。而換卡時(shí)必須將這些連線

而周效。

另一方面,CompactPCI設(shè)計(jì)為可以從前面板拔插板

卡。更換CompactPCI板卡非常簡(jiǎn)單，無需拆下機(jī)箱蓋。

此外，如果I/O接線都是通過后面板時(shí)，前面

CompactPCI被卡上沒有任疝連界童城板卡非常快捷簡(jiǎn)

便，聚護(hù)時(shí)間情會(huì)大大縮短。

CompactPCI支持熱插拔技術(shù),就是說不用關(guān)閉計(jì)算機(jī)

系統(tǒng)電源來插拔或更換計(jì)算機(jī)配件，支持熱切換。

抗震性：

傳統(tǒng)工業(yè)PC不能對(duì)系統(tǒng)中的外圍設(shè)備板上提

供可靠而安全的支持，插于其中的板卡只固定于

一點(diǎn)?？ǖ捻敹撕偷撞恳矝]有導(dǎo)軌支持，因此卡

與槽的連接處也容易在震動(dòng)中接觸不良。

CompactPCI卡牢牢地固定在機(jī)箱上，頂端

和底部均有導(dǎo)軌支持。前面板緊固裝置將前面板

與周圍的機(jī)架安全地固定在一起?？ㄅc槽的連接

部分通過針孔連接器緊密地連接。由于卡的四面

均將其牢牢地固定地其位置上，因此即使在劇烈

的沖擊和振動(dòng)場(chǎng)合也能保證持久連接而不會(huì)接觸

不良。

通風(fēng)性：

傳統(tǒng)的工業(yè)PC機(jī)箱內(nèi)空氣流動(dòng)不暢，不能

有效散熱，空氣流通為無源底板，板卡支架和磁

盤驅(qū)動(dòng)器所阻塞。冷空氣不能在所有板卡間循環(huán)

流動(dòng)，熱空氣也不能立刻排出機(jī)箱外。電子設(shè)備

和電路板可能會(huì)因這些冷卻問題而損壞，導(dǎo)致電

路板變形，斷線以及元件壽命縮短等。

CompactPCI系統(tǒng)為系統(tǒng)中標(biāo)有的發(fā)熱板卡提供

了順暢的散熱路徑。冷空氣可以隨意在板卡間流

動(dòng)，并將熱量帶走。集成在板卡底部的風(fēng)扇系統(tǒng)

也加速了散熱過程。由于良好的機(jī)械設(shè)計(jì)帶來通

暢的散熱路徑，CompactPCI系統(tǒng)極少出現(xiàn)散熱

方面的問題。

工控機(jī)應(yīng)用

面總控就＜

西門子S7-3OOPLC擴(kuò)展串口

Ar—

-一

TT?

開

模

脈

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