【正文】 用是系統(tǒng)工程問(wèn)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(guò)程與企業(yè)管理相結(jié)合等一系列問(wèn)題。 ?以上是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和其它類(lèi)型計(jì)算機(jī)相比的區(qū)別 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線(xiàn)的概念 ?總線(xiàn)：微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中信號(hào)線(xiàn)的集合，是一種傳送規(guī)定信息的公共通道，有時(shí)亦稱(chēng)數(shù)據(jù)公路，通過(guò)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)中廣泛采用三總線(xiàn)的結(jié)構(gòu)形式 ?數(shù)據(jù)總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn)。 ?數(shù)據(jù)總線(xiàn)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(xiàn)， 16位微處理器有16位數(shù)據(jù)總線(xiàn)， 32位的微處理器則有 32位數(shù)據(jù)總線(xiàn)。當(dāng)然，也有例外，如采用復(fù)用等辦法。 ?地址總線(xiàn)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(gè)存儲(chǔ)單元有一個(gè)地址，每一個(gè)接口也有一個(gè)地址。 ?控制總線(xiàn)是用來(lái)確定數(shù)據(jù)總線(xiàn)上信息流時(shí)間序列的。 ?微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線(xiàn)是影響計(jì)算機(jī)性能的瓶頸。 常用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)總線(xiàn) ?1. IBM PC總線(xiàn)和 AT總線(xiàn) ? IBM PC總線(xiàn)是 IBM PC／ XT個(gè)人計(jì)算機(jī)采用的微型機(jī)總線(xiàn) ， 它是針對(duì) Intel 8088微處理器設(shè)計(jì)的 ， 它有 62條信號(hào)線(xiàn) ， 以適應(yīng) 8088的 8位數(shù)據(jù)線(xiàn) 和 20位地址線(xiàn) 。 這種總線(xiàn)是用戶(hù)在 IBM PC／XT機(jī)的大母板上擴(kuò)展 I／ O模板的 I／ O總線(xiàn) 。 ? 為了和 Intel 80286等高性能 16位微處理器兼容， IBM公司在 PC總線(xiàn)基礎(chǔ)上增加了一個(gè) 36個(gè)引腳的 AT擴(kuò)展插座而形成 16位的 AT總線(xiàn)， IBM／AT及其兼容機(jī)機(jī)箱中，通常在母板上分別設(shè)置幾個(gè) AT插槽和 PC插槽，這種結(jié)構(gòu)也稱(chēng)之為 IBM公司的 ISA (Industrial Standard Architecture)結(jié)構(gòu)，即工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu) ISA ? 2. PC 104總線(xiàn) PC/104是一種專(zhuān)門(mén)為嵌入式控制而定義的工業(yè)控制總線(xiàn) ,近年來(lái)在國(guó)際上廣泛流行，被 IEEE協(xié)會(huì)定義為 IEEE。我們知道， IEEEP996是 PC和 PC/AT工業(yè)總線(xiàn)規(guī)范，而從 PC/104被定義為 就可以看出，PC/104實(shí)質(zhì)上是一種緊湊型，小型化的 IEEEP996. 其型號(hào)定義和 PC/AT基本一致，但電氣和機(jī)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(xiàn)板卡。 PC 104 模塊 PC 104總線(xiàn)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的應(yīng)用 ? 標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的 IPC機(jī)有許多局限性，主要問(wèn)題是體積和功耗太大，在許多嵌入式應(yīng)用中 (例如 航空航天產(chǎn)品，智能儀器儀表，醫(yī)療設(shè)備，通信設(shè)備，機(jī)電一體化產(chǎn)品等 )無(wú)法勝任，因而在在 80年代末產(chǎn)生了采用基于模塊化設(shè)計(jì)方法的嵌入式工業(yè) PC系統(tǒng)。 ? PC/104總線(xiàn)模塊系統(tǒng)已成為嵌入式 PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)。大量應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備，儀器，醫(yī)療設(shè)備，通信設(shè)備等嵌入式應(yīng)用場(chǎng)合，而這些應(yīng)用場(chǎng)合，既需要 PC機(jī)的軟硬件環(huán)境，又需要模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、小型化和低功耗的設(shè)計(jì)，這就需要建立嵌入式 PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)，以便縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本，減少設(shè)備投資，從而降低產(chǎn)品或系統(tǒng)的價(jià)格。 ? 雖然 PC/104總線(xiàn)工控機(jī)的功耗低 ， 但其驅(qū)動(dòng)能力差 (4mA)， 其擴(kuò)展能力和維護(hù)性也受到限制 ， 使其在工業(yè)過(guò)程控制和自動(dòng) 化 領(lǐng) 域 的 應(yīng) 用 范 圍 受 到 一 定 的 局 限 。 PC 104 模塊 ?3. STD總線(xiàn) ? STD總線(xiàn)是一種面向工業(yè)控制的總線(xiàn) , STD總線(xiàn)是由 ProLog公司作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)明的， 1987年， STD總線(xiàn)被批準(zhǔn)為 IEEE961標(biāo)準(zhǔn)。 ? STD總線(xiàn)是 56條信號(hào)線(xiàn)的并行底板總線(xiàn)，它實(shí)際上是由四條小總線(xiàn)組成的，這些小總線(xiàn)是： 8根雙向數(shù)據(jù)線(xiàn)， 16根地址線(xiàn)， 22根控制總線(xiàn)和 10根電源及地線(xiàn)。 STD總線(xiàn)的特點(diǎn)： (1) 小板結(jié)構(gòu) (165*114)，高度的模塊化 “ 輕、薄、短、小 ” 。 (2) 嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化，廣泛的兼容性； STD總線(xiàn)模板設(shè)計(jì)有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化要求 。 (3) 面向 I/O的設(shè)計(jì)，非常適合工業(yè)控制應(yīng)用， (4) 高可靠性 ?STD90486 ?80486DX4100或5X86133CPU板（4MB～ 64MB）DRAM,實(shí)時(shí)時(shí)鐘 ,硬件看門(mén)狗，兩串一并，兩硬兩軟，打印機(jī)接口，復(fù)位按扭，與PC/AT全兼容。 ?4. PCI總線(xiàn) ? PCI總線(xiàn)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(jìn) PCI局部總線(xiàn)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的建立和發(fā)展． 1992年， PCISIG發(fā)布了 PCI局部總線(xiàn)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(kāi)始生效． ? PCI總線(xiàn)是一種高性能的 32/64位總線(xiàn)。它具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： ? (1) 高性能 ? 數(shù)據(jù)傳送速率可高達(dá) 132MB/s, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn) ISA總線(xiàn) 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(fù)用結(jié)構(gòu)減少了引腳數(shù)，對(duì)目標(biāo)設(shè)備僅 47根信號(hào)線(xiàn)，對(duì)主設(shè)備僅 49根信號(hào)線(xiàn)。 (3) PCI的開(kāi)放性 PCI是一種標(biāo)準(zhǔn)的，開(kāi)放式總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)， PCI互配置空間規(guī)范能保證全系統(tǒng)的自動(dòng)配置，實(shí)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(jì)算機(jī)產(chǎn)品的種類(lèi)及其選擇 ? 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的主要原因 ? (1) 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與 PC／ AT軟件兼容，使原 PC機(jī)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(jì)算機(jī)上運(yùn)行，節(jié)省了用戶(hù)大量的開(kāi)發(fā)時(shí)間，減少了培訓(xùn)費(fèi)用，使工業(yè)控制計(jì)算機(jī)一上市后就擁有大量的新老用戶(hù) ? (2) 由于開(kāi)放性結(jié)構(gòu)和軟硬件標(biāo)準(zhǔn)公開(kāi)，既使制造廠商樂(lè)于合作或向其靠攏、也便于用戶(hù)自行開(kāi)發(fā)，從而使其應(yīng)用范圍不斷地?cái)U(kuò)大，促使產(chǎn)品種類(lèi)更加豐富。 ? (3) 各類(lèi)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(jì)算機(jī)配套使用，性能價(jià)格比不斷提高，使用戶(hù)可在短時(shí)間內(nèi)很快構(gòu)成所需的應(yīng)用控制系統(tǒng)，投入實(shí)際運(yùn)行，創(chuàng)造了很好的效益。 ? (4) 由于電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，使工業(yè)控制計(jì)算機(jī)本身的性能指標(biāo)不斷得以提高，使工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般的 PC機(jī)，現(xiàn)已能適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的基本要求。 ? (5) 通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的引入，特別是實(shí)時(shí)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的面市，使采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為節(jié)點(diǎn)機(jī)，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(guò)網(wǎng)絡(luò)形式，將多臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相連，能完成較復(fù)雜的控制任務(wù)，同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，組成模塊化的多級(jí)系統(tǒng)體系，具有可靠性高、靈活性強(qiáng)的持點(diǎn)，更便于構(gòu)成“管控一體化”的體系，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。 1. 加固型工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 目前流行的一般工業(yè)控制計(jì)算機(jī)多采用全鋼標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架機(jī)箱，基本配置與一般 PC機(jī)相同，芯片采用工業(yè)級(jí)芯片，采用 無(wú)源母板 和 ALL— IN— ONE主板，留有多個(gè)槽口供插入各類(lèi) I／ O模扳作擴(kuò)展之用，選用工業(yè)級(jí)抗干擾電源，機(jī)箱帶防震夾，采用半導(dǎo)體虛擬存儲(chǔ)器磁盤(pán)卡和加保護(hù)膜的鍵盤(pán)。這些結(jié)構(gòu)上的改造提高了工業(yè)控制計(jì)算機(jī)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性。但就其本質(zhì)而言還只是一般 PC機(jī)的改良型，還必須在可靠性，抗干擾能力及模板設(shè)計(jì)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(jī)箱滿(mǎn)足 EIA RS310C 19”架裝標(biāo)準(zhǔn)。它能安裝多款 14槽 ISA或 PCI總線(xiàn)無(wú)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(diǎn)是防塵、抗震、抗沖擊，并能適應(yīng)工業(yè)環(huán)境下很寬的溫度變化要求。機(jī)箱前面板上帶防塵網(wǎng)的風(fēng)扇向箱體內(nèi)吹風(fēng)，使箱體內(nèi)產(chǎn)生正壓用以防塵。機(jī)箱的前門(mén)帶鎖 ,可防止電源開(kāi)關(guān)、復(fù)位開(kāi)關(guān)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(dòng)器安裝架 外形尺寸 ISA總線(xiàn)無(wú)源底板 ISA+PCI總線(xiàn)無(wú)源底板 CPU卡 2. 面板式工業(yè)控制機(jī) (Panel Computer) ? ? 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(pán) )、電源、軟盤(pán)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。 3. 工業(yè)工作站 ? 這是一種將 IPC主機(jī)、顯示器、操作面板集為一體的 IPC機(jī)。主機(jī)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(pán)。采用 l 9英寸架裝結(jié)構(gòu)，工業(yè)工作站具有很強(qiáng)的信息處理能力和大量的 I/O擴(kuò)展槽?？梢宰鳛橹行⌒涂刂葡到y(tǒng)的工作站或主機(jī)。 4 CompactPCI 工業(yè)控制計(jì)算機(jī) ?CompactPCI是 pact peripheral ponent interconnect 的英文縮寫(xiě)，意思是“堅(jiān)實(shí)的 PCI”。簡(jiǎn)單地說(shuō)， CompactPCI是 PCI總線(xiàn)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(hù)需松開(kāi)并移去機(jī)箱蓋，從板卡上斷開(kāi)所有連接，換卡，重新連線(xiàn)，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(xiàn)斷開(kāi)，因此這一過(guò)程是很容易出錯(cuò)的。所以在維護(hù)性方面，傳統(tǒng)工業(yè) PC系統(tǒng)無(wú)法做到像 CompactPCI系統(tǒng)這樣簡(jiǎn)潔而高效。 ? 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(wú)需拆下機(jī)箱蓋。此外，如果 I/O接線(xiàn)都是通過(guò)后面板時(shí)，前面 CompactPCI板卡上沒(méi)有任何連線(xiàn)，更換板卡非?？旖莺?jiǎn)便，維護(hù)時(shí)間將會(huì)大大縮短。 ? CompactPCI支持熱插拔技術(shù) , 就是說(shuō)不用關(guān)閉計(jì)算機(jī)系統(tǒng)電源來(lái)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](méi)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?chē)臋C(jī)架安全地固定在一起。 卡與槽的連接部分通過(guò)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(wú)源底板，板卡支架和磁盤(pán)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(wèn)題而損壞，導(dǎo)致電路板變形，斷線(xiàn)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(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(guò)程。由于良好的機(jī)械設(shè)計(jì)帶來(lái)通暢的散熱路徑， CompactPCI系統(tǒng)極少出現(xiàn)散熱方面的問(wèn)題。 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 工業(yè)控制機(jī)接口模板及應(yīng)用 ? 概述 ? 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(guò)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(zhuān)業(yè)廠家生產(chǎn)的 I/O接口模板。 常用的各類(lèi)接口模板 輸入／輸出信息來(lái)源及用途 信息種類(lèi) 相配套的 接口模板產(chǎn)品 溫度、壓力、物移、轉(zhuǎn)速、流量等來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的模擬電信號(hào) 模擬量輸入信息 模擬量輸入模板 限位開(kāi)關(guān)狀態(tài)、數(shù)字裝置的輸出數(shù)碼、接點(diǎn) 斷通狀態(tài)、“ 0”“1”電