10 工控机(IPC)_信息与通信_工程科技_专业资料。计算机测控系统 —— 计算机 李江全 石河子大学机电学院电气工程系 2009年11月 微型计算机（PC） 微型计算机系统的组成 主机 硬件系统 微 型 计算机 系 统 软件系统 外 设 系统

计算机测控系统 —— 计算机 李江全 石河子大学机电学院电气工程系 2009年11月 微型计算机（PC） 微型计算机系统的组成 主机 硬件系统 微 型 计算机 系 统 软件系统 外 设 系统软件 应用软件 键盘、鼠标 显示器 软驱、硬盘、光驱 打印机、扫描仪 微处理器 存储器 I/O接口 总线 ALU 寄存器 控制器 ? 以微处理器为核心，配上只读存储器 (ROM)、读写存储器(RAM)、输入/输出 (I/O)接口电路及系统总线等部件，就构 成了微型计算机。 ? 将CPU、存储器、I/O接口、总线等集成 在一片超大规模集成电路芯片上，称为 单片微型计算机，简称单片机。 ? 以微型计算机为中心，配以相应的外围 设备以及控制微型计算机工作的软件， 就构成了完整的微型计算机系统。 ? 微型计算机如果不配有软件，通常称为 裸机 微型计算机的总线结构 地址总线 AB 存 储 器 I/O 接 口 输 入 设 备 I/O 接 口 输 出 设 备 I/O 接 口 C P U 数据总线 DB 控制总线 CB 主机 音箱 鼠标 键盘 个人多媒体电脑的外观 机箱背面的电脑外部设备连线IEX主板后侧接口 主板的主要硬件构成 ? ? ? ? ? ? ? ? ? CPU插座 芯片组（南北桥/HUB） 内存插槽 高速缓存（现已集成到CPU内部） 系统BIOS，提供最基本的硬件控制功能 CMOS，存放硬件配置参数 总线扩展槽，PCI、ISA 串行、并行接口 软驱、硬盘、光驱连接插座 CD音频输入 I/O 控制芯片CNR 插槽 音频插座 鼠标键盘插座 USB接口 串口并口 ATX12V电源 CPU Socket 478 AGP插槽 北桥芯片i850 5个PCI插槽 DIP开关 主板电池 BIOS Flash芯片 南桥芯片ICH2 RAID功能芯片 前置USB插座 板载声卡芯片 前置面板插座 主板自检状态 软驱插座 主板辅助电源 RIMM A1 RIMM B1 RIMM A2 RIMM B2 ATX电源 IDE4插座 IDE3插座 IDE2插座 IDE1插座 TH7Ⅱ-RAID P4主板配置图 Slot架构主板 Socket架构主板 Socket 478 P4 CPU插座 ? 主板CPU插座上安装的CPU Sound Blaster Live!声卡 TP-Link Modem D-Link DEF-530TX网卡 数字音箱 工业控制计算机（IPC） 工业控制计算机，简称工控机（IPC），是一种面向工业 控制、采用标准总线技术和开放式体系结构的计算机。它 最初是在商用的个人计算机基础上进行改装、加固并用于 工业生产过程控制的计算机，现在已经形成为一种专用的 计算机系列。 将基于工控机的计算机监控系统简称PCs。PCs与其他 类型的计算机监控系统相比较具有构成简单、价格低、软 件种类丰富、开放性好以及可扩充性好的特点。因此， PCs在中小型的计算机监控系统中（特别是小型计算机监 控系统中）占有很大的比例，并且具有良好的发展前景。 Vibration Compatibility IPC的基本特点 EMI Safety EFT Drop ESD Temperature /Humidity 全面质量保证 1）可靠性高 工控机通常会使用在工业控制现场，用于 监控不间断的生产过程，在运行期间不允许停 机检修。如果发生故障，可能会产生严重的质 量事故甚至人身事故，后果不堪设想。因此， 生产厂家在生产时都做了特别处理。如印刷电 路板合理布线，元器件老化筛选，采用工业电 源、密封机箱正压送风、带有“看门狗”系统 支持板等，极大地提高了可靠性。 2）实时性好 工控机对生产过程进行实时控制与 监测，因此要求它必须实时地响应控制 对象各种参数的变化。当过程参数出现 偏差或故障时，工控机能及时响应，并 能实时地进行报警和处理。为此工控机 需配有实时多任务操作系统。 3）环境适应能力强 工业现场环境恶劣，电磁干扰严重，供电 系统也常受波动大负荷设备启停的干扰，其接 “地”系统复杂，共模及串模干扰大。因此要 求工控机具有很强的环境适应自适应能力，如 对温度、湿度变化范围要求高；要有防尘、防 腐蚀，防振动冲击的能力；要具有较好的电磁 兼容性和高抗干扰能力以及高共模抑制的能力。 4）小板结构，模块化设计，完善的I/O通道 小板结构使其机械强度好，抗断裂和抗振动 能力强；模块化设计是指每个模板功能单一， 如CPU板、存储器板、A/D转换板、D/A转换板、 开关量I/O板等，便于对系统故障的诊断与维护， 也便于用户的选用，方便了冗余配置。 对于生产过程控制，需要有大量的输入输 出通道，由于工控机总线是面向I/O设计的，有 着很强的扩展功能，非常便于系统扩展。 5）系统开放性好 工控机具有开放性体系结构，也就是说在主机 接口、网络通信、软件兼容及升级等方面遵守开 放性原则，以便于系统扩充、异机种连接、软件 的可移植和互换。除了软件具有很强的开放性外， 硬件的开放性和可替换性也很好。无论是主机还 是配套的各种I/O模板和通信模块（网卡）都是按 照一定的标准生产的，在市场上可以很容易购买 到所需的产品。由于开放性比较好，在进行系统 集成时困难就小得多。 6）性能价格比高 由于工控机主要用于监控，除了对实时性的要求 较高外，一般的数据处理量不是很大。因此，与 商用计算机和家用计算机相比，配置可以适当降 低。 各类高性能的I/O板卡作为成熟的工业化产品 与IPC配套使用，用户在短时间内，像搭积木一 样很快构成所需的测控系统，投入实际运行，创 造了很好的效益。 工控机主要硬件 传统全功能CPU卡 PCI/ISA 底板 机箱 IPC的基本组成 1．加固型的工业机箱 由于工控机应用于比较恶劣的工业现 场，因此，必须采取各种加固措施。具体 措施包括：采用全钢结构标准机箱，机箱 上带有滤网、减震和加固压条装置；配备 多个冷却风扇，并使机箱内保持空气正压。 这样，在机械振动较大、粉尘较多以及温 度较高的环境中仍能正常使用。 1U系列 7U系列 ACP-1120 ACP-1000 6U系列 IPC-622 ACP-7000 2U系列 SPC-520 CT-500 SPC-530 5U系列 4U系列 IPC-616 IPC-615 IPC-611 IPC-610H IPC-611 IPC-510 2．工业电源 采用特殊设计的高可靠性电源装置。除了能适应 较宽幅度电压变化外，还具有抗浪涌电压以及过压过 流保护措施，同时，还要求有很好的电磁兼容性。 3．一体化主板 主板是工控机的核心部件， 所采用的元器件都经过严格筛选， 并满足工业标准。现在的工控主板 所使用的CPU大都采用Pentium、 PentiumⅢ、PentiumⅣ芯片，也 有采用其他厂家的芯片。 所谓一体化主板，是指在主板上集成了通信 接口（RS-232、RJ-45等）、外设接口（IDE、 FDD、键盘、鼠标）、RAM插槽（168线 线），有的还有显示器接口（CRT、LCD等）。 主板一般采用标准总线，如ISA、PCI、 Compact PCI等。除此之外，还有一种单板计算 机主板，在这种主板上，除了集成了以上功能外， 还有I/O接口，可以方便地构成嵌入式系统。 4．无源母板 现在按总线标准生产的工控 机，基本上采用大母板结构。在 母板上只是提供了总线个插槽，除了一 个用于插主板，另一个用于插显 示板外（如果主板上没有显示器 接口），其他的插槽可以供用户 插各种I/O模板。 这样用户就可以灵活地构成 自己的计算机监控系统。通过采 用大母板结构，主板可以垂直安 放，大大地减少了灰尘的积累以 及震动的影响。 一体化主板与母板安装示意图 母板、主板与机箱安装示意图 工控机主机安装示意图 5．其它部件 （1）软盘。由于主板上已经有了软盘驱动器接口，用户 可以根据自己的需要配置软盘驱动器。 （2）硬盘。由于主板上已经有了硬盘驱动器接口，用户 可以根据自己的需要配置硬盘驱动器。对于震动比较大 的地方，也可以使用电子盘来取代硬盘。 （3）键盘。可以使用一般的101标准键盘，为了防尘也 可以使用薄膜键盘。 （4）显示器。可以使用一般的阴极射线管显示器，也可 以使用液晶显示器，必要时还可以使用触摸屏。工控机ppt， PCs的构成 （1）主机。包括机箱、主板、母板、电源、 存储器等，它是工业控制机的核心。 （2）内部总线和外部总线。内部总线是工 业控制机内部各组成部分进行信息传送的 公共通道，它是一组信号线的集合。常用 的内部总线有ISA总线和PCI总线。外部总 线是工业控制机与其他计算机和智能设备 进行信息传送的公共通道。常用的外部总 线通信总线 ）人 —机接口。人 —机接口是人与计算机 交流的一种外设。它由标准的PC键盘、显示器 和打印机等组成。 （ 4 ）系统支持板。工业控制机的系统支持 板主要包括如下部分：监控定时器（俗称看 门狗电路）。它的主要作用是当系统因干扰 或软件故障出现异常时，看门狗电路可以使 系统自动恢复运行，从而提高系统的可靠性。 电源掉电检测。电源掉电检测的目的是为了 检测到电源掉电以后，进行现场保护。 保护重要数据的后备存储器。 （ 5 ）磁盘系统。磁盘系统有半导体虚拟磁盘 以及通用的软磁盘和硬磁盘。 （6）通信接口。通信接口是工业控制机和其 他计算机或智能外设的接口，常用的接口有 RS-232C和IEEE-488接口。 （7）输入输出通道。输入输出通道是工业控制机和 生产过程之间的信号传递和变换的连接通道。它包 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。它的作用有两个，其一 是将生产过程的信号转换成主机能够接受的数据形 式；其二是将主机输出的控制命令或数据，经转换 后作为执行机构或电器开关的控制信号。 （8）远程数据采集模块。由于大部分的I/O接口 都在工控机的机箱内，这对于一些需要远程监视 或控制的物理参量来说，如果通过长导线将信号 直接送到控制室，则会存在干扰和信号衰减等问 题。为了解决这些问题，可以就地将模拟信号转 换为数字信号，然后再用现场总线或其他的串行 通信总线进行传输。为此，就需要有远程数据采 集模块。