BOB半岛:工业控制计算机基本构造原理总线pptx

　　工业控制计算机基本构造原理 1 精品PPT 借鉴参考 第一页，共五十二页。 一、何为工控机 工控机（Industrial Personal Computer，IPC） 工业控制计算机，是一种采用总线结构，对生产过程及机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。 2 精品PPT 借鉴参考 第二页，共五十二页。 一、何为工控机 工控机具有重要的计算机属性和特征: 如具有计算机CPU、硬盘、内存、外设及接口，并有操作系统、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。 工控行业的产品和技术非常特殊，属于中间产品，是为其他各行业提供可靠、嵌入式、智能化的工业计算机。 3 精品PPT 借鉴参考 第三页，共五十二页。 二、工控机的组成与特点 1、工控机的硬件组成 4 精品PPT 借鉴参考 第四页，共五十二页。 2.1 工控机的硬件组成 （1）主机板 由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）等部件组成，主机板是工控机的核心。 （2）系统总线 系统总线分为内部总线和外部总线。 内部总线：工控机内部各组成部分进行信息传输的通道，是一组信号线的集合（PC系列总线、PCI总线）。 外部总线：是工控机与其他计算机或者智能设备进行信息传送的公共通道（RS-232C、RS-485等）。 （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。 5 精品PPT 借鉴参考 第五页，共五十二页。 2.1工控机的硬件组成 （4）系统支持板 监控定时器：“看门狗”（Watchdog）； 电源掉电检测； 保护重要数据的后备存储器； 实时日历时钟； （5）磁盘系统 可用半导体虚拟磁盘，也可以用通用配置的机械硬盘。 （6）通信接口 通信接口是工控机与其他计算机或者智能设备进行信息传送的接口（ RS-232C、RS-485接口、USB接口）。 6 精品PPT 借鉴参考 第六页，共五十二页。 2.1工控机的硬件组成 （7）输入/输出通道（I/O） 输入/输出通道是工控机和生产过程之间信号传递和变换的连接通道。 包括：模拟量输入（AI）通道、模拟量输出（AO）通道、数字量（或开关量）输入（DI）通道、数字量（或开关量）输出（DO）通道。 （8）其他硬件组成 加固型工业机箱、工业电源、打印机等。 7 精品PPT 借鉴参考 第七页，共五十二页。 内容摘要范例 工业控制计算机基本构造原理。输入/输出通道（I/O）。系统总线分为内部总线和外部总线。外部总线：是工控机与其他计算机或者智能设备进行信息传送的公共通道（RS-232C、RS-485等）。输入/输出通道是工控机和生产过程之间信号传递和变换的连接通道。串口一般用于接一些特殊的外接设备如通讯方面的设备。介于操作系统软件和应用软件之间，为了解决当前操作系统下应用软件的使用性和兼容性。数控机床是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业的渗透形成的机电一体化产品。不同的标准，形成不同类型和同一类型不同版本的总线。采用系统总线标准设计、组装的计算机模板与设备的兼容性很强。元件级总线，指一个微处理器应用系统中连接各芯片的总线。并行总线的特点是多位数据同时传输，其优点是传输速度快、接口简单。计算机系统与系统之间或计算机系统与外设之间的信息通路，常称为通信总线。计算机系统与系统之间或计算机系统与外设之间的信息通路，常称为通信总线 第八页，共五十二页。 2.1工控机的硬件组成----主要配件 工控机机箱： 全钢机箱（一般0.8~1.2mm厚度）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。 （一）高度一般分1U（44mm*430mm*XX），2U（88mm*430mm*XX），3U，4U，5U，6U，7U，8U等，一个1U的高度是44mm，其他高度依次类推； （二）长度：国际标准的长度有两种450mm与505mm，根据客户的具体要求还可以扩分其他长度，比如：480mm，500mm，520mm，530mm，600mm等 9 精品PPT 借鉴参考 第九页，共五十二页。 2.1工控机的硬件组成----主要配件 电源： 早期在以Intel 奔腾处理器为主的之前的工控机主要使用为AT开关电源，与PC机一样主要采用的是ATX电源，平均无故障运行时间达到250，000小时。 10 精品PPT 借鉴参考 第十页，共五十二页。 2.1工控机的硬件组成----主要配件 无源底板： 是为各种板卡包括主板卡、显卡、声卡、网卡等）提供电源的。 日常维护要注意三点：不能在底板带电的情况下拨插板卡，插拨板卡时不可用力过猛，过大，用酒精等清洗底板时，要注意防止工具划伤底板。插槽内不能积灰尘，否则会导致接触不良，甚至短路。 11 精品PPT 借鉴参考 第十一页，共五十二页。 2.1工控机的硬件组成----主要配件 主板： 工控机主板是专为在高、低温特殊环境中，长时间运行而设计的，它在运用中所要注意的是：不能带电插拨（内存条，板卡后面的鼠标、键盘等），带电插拨会导致插孔损坏，不能用，严重的甚至会使主板损坏。 12 精品PPT 借鉴参考 第十二页，共五十二页。 2.1工控机的硬件组成----主要配件 主板： 13 精品PPT 借鉴参考 第十三页，共五十二页。 2.1工控机的硬件组成----主要配件 主板： 串行接口 (串口) ：是指数据一位一位地顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信， 并行接口（并口）：指采用并行传输方式来传输数据的接口标准。数据的各位同时进行传送，其特点是传输速度快，但当传输距离较远、位数又多时，就导致通信线 精品PPT 借鉴参考 第十四页，共五十二页。 2.1工控机的硬件组成----主要配件 CPU： 多采用的是桌面式系统处理器，如早期的有386\486\586\PIII，现主流为P4、酷睿等处理器，部分高端应用下会应用至强（Xeon）处理器、安腾（Itanium）处理器，用户可视自己的需要任意选配。 15 精品PPT 借鉴参考 第十五页，共五十二页。 2.1工控机的硬件组成----主要配件 硬盘（2.5英寸、3.5英寸）： 硬盘接口分为IDE、SATA、SCSI、光纤通道和SAS五种。不要随意拆卸硬盘,避免振动、挤压。尽量不要在硬盘运行时关闭计算机电源，这样突然关机会导致硬盘磁道损坏，数据丢失。不要随意触动硬盘上的跳线 精品PPT 借鉴参考 第十六页，共五十二页。 2.1工控机的硬件组成----主要配件 内存（随机存储器RAM）： 内存又称主存，是CPU能直接寻址的存储空间，由半导体器件制成。内存的特点是存取速率快。现在主流内存为DDR3、DDR4。 17 精品PPT 借鉴参考 第十七页，共五十二页。 2.1工控机的硬件组成----主要配件 18 精品PPT 借鉴参考 第十八页，共五十二页。 2.1工控机的硬件组成----主要配件 19 精品PPT 借鉴参考 第十九页，共五十二页。 2.1工控机的硬件组成----常见外形 20 精品PPT 借鉴参考 第二十页，共五十二页。 2.1工控机的硬件组成----常见外形 21 精品PPT 借鉴参考 第二十一页，共五十二页。 2.2 工控机的软件组成 （1）系统软件 系统软件包括实时多任务操作系统、引导程序、调度执行程序。 例如：iRMX86实时多任务操作系统、VRTX/OS嵌入式实时多任务操作系统、Windows操作系统等。 （2）支持软件 介于操作系统软件和应用软件之间，为了解决当前操作系统下应用软件的使用性和兼容性。是一类软件的泛称。包括：汇编语言、高级语言、编译程序、调试程序、诊断程序等。 （3）应用软件 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。 22 精品PPT 借鉴参考 第二十二页，共五十二页。 2.3 工控机的特点 可靠性高 实时性好 环境适应性强 输入/输出模板配套好 系统通信功能强 系统扩充性和开放性好 控制软件包功能强 后备措施齐全和具备冗余性 23 精品PPT 借鉴参考 第二十三页，共五十二页。 三、工控机主要类别 工业控制计算机的主要类别有： IPC（PC总线工业电脑） PLC（可编程） DCS（分散型控制系统） FCS（现场总线系统） CNC（数控系统） 24 精品PPT 借鉴参考 第二十四页，共五十二页。 3.1 IPC（即基于PC总线的工业电脑） 主要的组成部分为工业机箱、无源底板及可插入其上的各种板卡组成，如CPU卡、I/O卡等。并采取全钢机壳、机卡压条过滤网，双正压风扇等设计及EMC（electro magnetic compatibility）技术以解决工业现场的电磁干扰、震动、灰尘、高/低温等问题。 25 精品PPT 借鉴参考 第二十五页，共五十二页。 3.1 IPC（即基于PC总线的工业电脑） IPC特点： 可靠性：工业PC具有在粉尘、烟雾、高/低温、潮湿、震动、腐蚀和快速诊断和可维护性，其MTTR（平均故障恢复时间）一般为5min，MTTF（平均故障间隔（失效）时间）10万小时以上，而普通PC的MTTF仅为10000～15000小时。 实时性，工业PC对工业生产过程进行实时在线检测与控制，对工作状况的变化给予快速响应，及时进行采集和输出调节（看门狗功能这是普通PC所不具有的），遇险自复位，保证系统的正常运行。 26 精品PPT 借鉴参考 第二十六页，共五十二页。 3.1 IPC（即基于PC总线的工业电脑） IPC特点： 扩充性，工业PC由于采用底板+CPU卡结构，因而具有很强的输入输出功能，最多可扩充20个板卡，能与工业现场的各种外设、板卡如与道、视频监控系统、车辆检测仪等相连，以完成各种任务。 兼容性，能同时利用ISA与PCI及PICMG资源，并支持各种操作系统，多种语言汇编，多任务操作系统。 27 精品PPT 借鉴参考 第二十七页，共五十二页。 3.1 IPC（即基于PC总线 精品PPT 借鉴参考 第二十八页，共五十二页。 3.1 IPC（即基于PC总线 精品PPT 借鉴参考 第二十九页，共五十二页。 3.1 IPC（即基于PC总线 精品PPT 借鉴参考 第三十页，共五十二页。 3.2 可编程序（PLC） PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。 31 精品PPT 借鉴参考 第三十一页，共五十二页。 3.2可编程序（PLC） 可编程是计算机技术与自动化控制技术相结合而开发的一种适用工业环境的新型通用自动控制装置，是作为传统继电器的替换产品而出现的。 随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，可编程更多地具有了计算机的功能，不仅能实现逻辑控制，还具有了数据处理、通信、网络等功能。由于它可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点，已广泛应用于工业控制的各个领域，大大推进了机电一体化的进程。 32 精品PPT 借鉴参考 第三十二页，共五十二页。 3.2可编程序（PLC） PLC本身的硬件采用积木式结构，有母板，数字I/O模板，模拟I/O模板，还有特殊的定位模板，条形码识别模板等模块，用户可以根据需要采用在母板上扩展或者利用总线技术配备远程I/O从站的方法来得到想要的I/O数量。 PLC在实现各种数量的I/O控制的同时，还具备输出模拟电压和数字脉冲的能力，使得它可以控制各种能接收这些信号的伺服电机，步进电机，变频电机等，加上触摸屏的人机界面支持，PLC可以满足在过程控制中任何层次上的需求。 33 精品PPT 借鉴参考 第三十三页，共五十二页。 3.3 分布式控制系统（DCS） 分布式控制系统（DCS，Distributed Control System）是一种高性能、高质量、低成本、配置灵活的分散控制系统系列产。