【正文】 用是系統(tǒng)工程問題。除了要解決計算機的基本部分以外，還需要解決它如何與被測控對象的接口，如何適應復雜的工業(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)控制計算機和其它類型計算機相比的區(qū)別 微型計算機系統(tǒng)總線的概念 ?總線：微型計算機系統(tǒng)中信號線的集合，是一種傳送規(guī)定信息的公共通道，有時亦稱數(shù)據(jù)公路，通過它可以把各種數(shù)據(jù)和命令傳送到各自要去的地方。 ?在微型計算機系統(tǒng)中廣泛采用三總線的結(jié)構(gòu)形式 ?數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。 ?數(shù)據(jù)總線上傳送的是數(shù)據(jù)信息 。 ? 通常 8位微處理器有 8位數(shù)據(jù)總線， 16位微處理器有16位數(shù)據(jù)總線， 32位的微處理器則有 32位數(shù)據(jù)總線。當然，也有例外，如采用復用等辦法。 ?地址總線是單向的 。 ? 微處理器要用地址確切指定與之通信的外部硬件。每一個存儲單元有一個地址，每一個接口也有一個地址。 ?控制總線是用來確定數(shù)據(jù)總線上信息流時間序列的。 ?微型計算機系統(tǒng)總線是影響計算機性能的瓶頸。 常用的工業(yè)控制計算機總線 ?1. IBM PC總線和 AT總線 ? IBM PC總線是 IBM PC／ XT個人計算機采用的微型機總線 ， 它是針對 Intel 8088微處理器設計的 ， 它有 62條信號線 ， 以適應 8088的 8位數(shù)據(jù)線 和 20位地址線 。 這種總線是用戶在 IBM PC／XT機的大母板上擴展 I／ O模板的 I／ O總線 。 ? 為了和 Intel 80286等高性能 16位微處理器兼容， IBM公司在 PC總線基礎上增加了一個 36個引腳的 AT擴展插座而形成 16位的 AT總線， IBM／AT及其兼容機機箱中，通常在母板上分別設置幾個 AT插槽和 PC插槽，這種結(jié)構(gòu)也稱之為 IBM公司的 ISA (Industrial Standard Architecture)結(jié)構(gòu)，即工業(yè)標準結(jié)構(gòu)。 工業(yè)標準結(jié)構(gòu) ISA ? 2. PC 104總線 PC/104是一種專門為嵌入式控制而定義的工業(yè)控制總線 ,近年來在國際上廣泛流行，被 IEEE協(xié)會定義為 IEEE。我們知道， IEEEP996是 PC和 PC/AT工業(yè)總線規(guī)范，而從 PC/104被定義為 就可以看出，PC/104實質(zhì)上是一種緊湊型，小型化的 IEEEP996. 其型號定義和 PC/AT基本一致，但電氣和機械規(guī)范卻完全不同，是一種優(yōu)化的，小型堆棧式結(jié)構(gòu)的嵌入式控制系統(tǒng)。 ? PC/104模塊本質(zhì)上就是尺寸縮小為 X 的 ISA總線板卡。 PC 104 模塊 PC 104總線工業(yè)控制計算機的應用 ? 標準結(jié)構(gòu)的 IPC機有許多局限性，主要問題是體積和功耗太大，在許多嵌入式應用中 (例如 航空航天產(chǎn)品，智能儀器儀表，醫(yī)療設備，通信設備，機電一體化產(chǎn)品等 )無法勝任，因而在在 80年代末產(chǎn)生了采用基于模塊化設計方法的嵌入式工業(yè) PC系統(tǒng)。 ? PC/104總線模塊系統(tǒng)已成為嵌入式 PC機的標準。大量應用于工業(yè)設備，儀器，醫(yī)療設備，通信設備等嵌入式應用場合，而這些應用場合，既需要 PC機的軟硬件環(huán)境，又需要模塊化、標準化、小型化和低功耗的設計，這就需要建立嵌入式 PC機的標準，以便縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，減少設備投資，從而降低產(chǎn)品或系統(tǒng)的價格。 ? 雖然 PC/104總線工控機的功耗低 ， 但其驅(qū)動能力差 (4mA)， 其擴展能力和維護性也受到限制 ， 使其在工業(yè)過程控制和自動 化 領 域 的 應 用 范 圍 受 到 一 定 的 局 限 。 PC 104 模塊 ?3. STD總線 ? STD總線是一種面向工業(yè)控制的總線 , STD總線是由 ProLog公司作為工業(yè)標準發(fā)明的， 1987年， STD總線被批準為 IEEE961標準。 ? STD總線是 56條信號線的并行底板總線，它實際上是由四條小總線組成的，這些小總線是： 8根雙向數(shù)據(jù)線， 16根地址線， 22根控制總線和 10根電源及地線。 STD總線的特點： (1) 小板結(jié)構(gòu) (165*114)，高度的模塊化 “ 輕、薄、短、小 ” 。 (2) 嚴格的標準化，廣泛的兼容性； STD總線模板設計有嚴格的標準化要求 。 (3) 面向 I/O的設計，非常適合工業(yè)控制應用， (4) 高可靠性 ?STD90486 ?80486DX4100或5X86133CPU板（4MB～ 64MB）DRAM,實時時鐘 ,硬件看門狗，兩串一并，兩硬兩軟，打印機接口，復位按扭，與PC/AT全兼容。 ?4. PCI總線 ? PCI總線由 INTEL公司在 1991年首先提出，并在同年聯(lián)合世界上多家公司成立了 PCISIG，致力于促進 PCI局部總線工業(yè)標準的建立和發(fā)展． 1992年， PCISIG發(fā)布了 PCI局部總線規(guī)范 ，經(jīng)修改后，于 93年發(fā)布了規(guī)范 ， 95年發(fā)布了規(guī)范 ，并于 95年6月 1日開始生效． ? PCI總線是一種高性能的 32/64位總線。它具有以下幾個特點： ? (1) 高性能 ? 數(shù)據(jù)傳送速率可高達 132MB/s, 遠遠超過標準 ISA總線 8MB/s的速率。 （ 2）低成本 ? 優(yōu)化了芯片內(nèi)部連接。采用多路復用結(jié)構(gòu)減少了引腳數(shù)，對目標設備僅 47根信號線，對主設備僅 49根信號線。 (3) PCI的開放性 PCI是一種標準的，開放式總線標準， PCI互配置空間規(guī)范能保證全系統(tǒng)的自動配置，實現(xiàn)即插即用 PnP，這極大地增加了系統(tǒng)的易用性． 工業(yè)控制計算機產(chǎn)品的種類及其選擇 ? 工業(yè)控制計算機廣泛應用的主要原因 ? (1) 工業(yè)控制計算機與 PC／ AT軟件兼容，使原 PC機上的龐大軟件資源，原則上不加修改就能移到工業(yè)控制計算機上運行，節(jié)省了用戶大量的開發(fā)時間，減少了培訓費用，使工業(yè)控制計算機一上市后就擁有大量的新老用戶 ? (2) 由于開放性結(jié)構(gòu)和軟硬件標準公開，既使制造廠商樂于合作或向其靠攏、也便于用戶自行開發(fā)，從而使其應用范圍不斷地擴大，促使產(chǎn)品種類更加豐富。 ? (3) 各類高性能 I／ O模板作為成熟的工業(yè)化產(chǎn)品與工業(yè)控制計算機配套使用，性能價格比不斷提高，使用戶可在短時間內(nèi)很快構(gòu)成所需的應用控制系統(tǒng)，投入實際運行，創(chuàng)造了很好的效益。 ? (4) 由于電子技術的不斷進步，使工業(yè)控制計算機本身的性能指標不斷得以提高，使工業(yè)控制計算機的可靠性遠遠高于一般的 PC機，現(xiàn)已能適應工業(yè)環(huán)境的基本要求。 ? (5) 通信、網(wǎng)絡技術的引入，特別是實時工業(yè)網(wǎng)絡產(chǎn)品的面市，使采用工業(yè)控制計算機作為節(jié)點機，再經(jīng)聯(lián)網(wǎng)組合，構(gòu)成高性能集散控制系統(tǒng) (DCS)的方案成為可能。通過網(wǎng)絡形式，將多臺工業(yè)控制計算機相連，能完成較復雜的控制任務，同時通過網(wǎng)絡連接，組成模塊化的多級系統(tǒng)體系，具有可靠性高、靈活性強的持點，更便于構(gòu)成“管控一體化”的體系，具有很強的實用價值。 1. 加固型工業(yè)控制計算機 目前流行的一般工業(yè)控制計算機多采用全鋼標準機架機箱，基本配置與一般 PC機相同，芯片采用工業(yè)級芯片，采用 無源母板 和 ALL— IN— ONE主板，留有多個槽口供插入各類 I／ O模扳作擴展之用，選用工業(yè)級抗干擾電源，機箱帶防震夾，采用半導體虛擬存儲器磁盤卡和加保護膜的鍵盤。這些結(jié)構(gòu)上的改造提高了工業(yè)控制計算機對工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的適應性。但就其本質(zhì)而言還只是一般 PC機的改良型，還必須在可靠性，抗干擾能力及模板設計等方面采取新的措施。 ?典型產(chǎn)品為研華公司的 6xx系列產(chǎn)品 IPC610 全鋼結(jié)構(gòu)的機箱滿足 EIA RS310C 19”架裝標準。它能安裝多款 14槽 ISA或 PCI總線無源底板和多款工業(yè)電源 ,構(gòu)成多款 IPC系統(tǒng)。 突出的特點是防塵、抗震、抗沖擊，并能適應工業(yè)環(huán)境下很寬的溫度變化要求。機箱前面板上帶防塵網(wǎng)的風扇向箱體內(nèi)吹風，使箱體內(nèi)產(chǎn)生正壓用以防塵。機箱的前門帶鎖 ,可防止電源開關、復位開關等被誤操作，增加了安全性。 6xx系列產(chǎn)品外形 冷卻系統(tǒng) 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 驅(qū)動器安裝架 外形尺寸 ISA總線無源底板 ISA+PCI總線無源底板 CPU卡 2. 面板式工業(yè)控制機 (Panel Computer) ? ? 這是一種緊湊型的工業(yè)控制機。它是一種將主機、顯示器 (觸模式屏幕，可代替鍵盤 )、電源、軟盤驅(qū)動器和串行接口集中在一起的一體化工業(yè)控制機，具有體積小巧、重量輕的特點。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)控制機非常適合于應用在對計算機系統(tǒng)體積要求比較高的機電一體化系統(tǒng)中。 3. 工業(yè)工作站 ? 這是一種將 IPC主機、顯示器、操作面板集為一體的 IPC機。主機采用主流 CPU。顯示器可采用一般的 14英寸 20英寸彩色 CRT顯示器，也可采用 LCD顯示器。操作面板為操作式鍵盤。采用 l 9英寸架裝結(jié)構(gòu)，工業(yè)工作站具有很強的信息處理能力和大量的 I/O擴展槽。可以作為中小型控制系統(tǒng)的工作站或主機。 4 CompactPCI 工業(yè)控制計算機 ?CompactPCI是 pact peripheral ponent interconnect 的英文縮寫，意思是“堅實的 PCI”。簡單地說， CompactPCI是 PCI總線的電氣和軟件標準加歐式卡的工業(yè)組裝標準，它是當今最新的一種工業(yè)計算機標準。 CompactPCI與傳統(tǒng)工業(yè) PC相對比，具有以下幾個特性： ?維護性： ? 從傳統(tǒng)工業(yè) PC系統(tǒng)上更換一塊板卡常常是相當耗時的；用戶需松開并移去機箱蓋，從板卡上斷開所有連接，換卡，重新連線，重新上機箱蓋。由于板卡與外圍設備之間可能會有一些內(nèi)部連接電纜。而換卡時必須將這些連線斷開，因此這一過程是很容易出錯的。所以在維護性方面，傳統(tǒng)工業(yè) PC系統(tǒng)無法做到像 CompactPCI系統(tǒng)這樣簡潔而高效。 ? 另一方面， CompactPCI設計為可以從前面板拔插板卡。更換 CompactPCI板卡非常簡單，無需拆下機箱蓋。此外，如果 I/O接線都是通過后面板時，前面 CompactPCI板卡上沒有任何連線，更換板卡非?？旖莺啽悖S護時間將會大大縮短。 ? CompactPCI支持熱插拔技術 , 就是說不用關閉計算機系統(tǒng)電源來插拔或更換計算機配件，支持熱切換。 ?抗震性： ? 傳統(tǒng)工業(yè) PC不能對系統(tǒng)中的外圍設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?？ǖ捻敹撕偷撞恳矝]有導軌支持，因此卡與槽的連接處也容易在震動中接觸不良。 ? CompactPCI卡牢牢地固定在機箱上，頂端和底部均有導軌支持。前面板緊固裝置將前面板與周圍的機架安全地固定在一起。 卡與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場合也能保證持久連接而不會接觸不良。 ?通風性： ? 傳統(tǒng)的工業(yè) PC機箱內(nèi)空氣流動不暢，不能有效散熱，空氣流通為無源底板，板卡支架和磁盤驅(qū)動器所阻塞。冷空氣不能在所有板卡間循環(huán)流動，熱空氣也不能立刻排出機箱外。電子設備和電路板可能會因這些冷卻問題而損壞，導致電路板變形，斷線以及元件壽命縮短等。CompactPCI系統(tǒng)為系統(tǒng)中所有的發(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，并將熱量帶走。集成在板卡底部的風扇系統(tǒng)也加速了散熱過程。由于良好的機械設計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。 工業(yè)控制計算機的選擇 ?1 選擇合適的主機檔次 (CPU檔次 ) ?2 根據(jù)不同的應用場合選擇合適的型號 ?3 內(nèi)存 、 外存配置 工業(yè)控制機接口模板及應用 ? 概述 ? 應用工業(yè)控制計算機對設備進行控制時，首先要把各種測量參數(shù)送入計算機中。計算機對這些采樣數(shù)據(jù)進行一系列計算處理后將結(jié)果數(shù)據(jù)輸出。計算機的輸出結(jié)果是以數(shù)字量的形式輸出的，通常還必須轉(zhuǎn)換成可對過程進行控制的模擬量。因此，構(gòu)成一個工業(yè)控制系統(tǒng)，除了工業(yè)控制計算機主機之外，還需要配備各種用途的 I/O接口產(chǎn)品。 ? 在采用工業(yè)控制計算機作為控制系統(tǒng)核心時，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 輸入／輸出信息來源及用途 信息種類 相配套的 接口模板產(chǎn)品 溫度、壓力、物移、轉(zhuǎn)速、流量等來自現(xiàn)場設備運行狀態(tài)的模擬電信號 模擬量輸入信息 模擬量輸入模板 限位開關狀態(tài)、數(shù)字裝置的輸出數(shù)碼、接點 斷通狀態(tài)、“ 0”“1”電