第22-1课   任务5.3工业计算机控制及接口技术

主要内容：

1.讲解课前的2个案例，直观了解工控机的应用。

案例1工控机简介(5: 16 ) .mp4

文件1工控机的用途.docx

2. 观看视频,教师在线答疑

5.3工业计算机控制及接口技术( 10: 53) .mp4

3. 指导学生：

5.3 [任务实施]认识工业控制计算机的接口.doc

4 . 完成课后作业

【任务描述】

总线结构型的工业控制计算机，根据功能要求把控制器划分成具有一种或几种独立功能的电路模板，从内总线入手把各功能模块设计制作成“标准”的模块，像搭积木一样将硬件模板插入一块公共的称为“底板”的电路板插槽上，组成一个模块网络系统。每块模板之间的信息都通过底板进行交换，从而达到控制系统的整体功能，其作为主控制计算机用于工厂过程自动化系统中。

本任务介绍工业控制计算机的接口及由Profibus现场总线构成的工厂三级计算机自动控制系统。完成本任务，可实现以下任务目标。

【任务目标】

     技能目标

        会以工业控制计算机为控制器组成的控制系统的接线。

     知识目标

       （1）了解工业控制计算机的接口；

       （2）了解工业控制计算机的总线；

       （3）了解现场总线对工业控制计算机的要求；

建议学时：1个学时

工控机是做什么用的？工控机的用途及特点介绍 

2022-07-11 15:41

什么是工控机？工控机又叫做工业控制计算机，或者叫工控电脑和工业电脑均可以的，全称Industrial Personal Computer，简称IPC。

工控机是为工业生产控制而设计的专业的计算机，用于对工业生产过程中的机器设备、生产流程、数据参数等进行监测与控制的。因此，相对于个人PC机和服务器，工控机的工作环境是非常恶劣的，对数据的安全性要求是非常高的。为了使得机器能更好的工作，通常会进行区别于普通电脑的加固、防尘、防潮、防腐蚀、防辐射等非常特殊的处理。同时，工控机对于扩展功能的要求非常地高，工控机往往需要单独定制才满足特定的外部设备的要求。

简而言之，工控机就是一种特殊的电脑，与普通个人电脑相比具有以下一些特点：

1、为使得机器有较高的防磁、防尘、防冲击的能力，通常工控机的机箱会采用钢的结构。

2、常见的机箱内会有专用的底板，上面有PCI和ISA两种插槽。

3、机箱内有专门电源，必须具备有非常强的抗干扰的能力。

4、要求具有连续长时间工作能力，可能几个月整年连续地工作。

5、通常会采用便于安装的标准机箱（比如1U、2U、3U、4U，4U是较为常见的）

 PS：

1、1U就是111.125px。U是一种表示服务器外部尺寸的单位，是unit的缩略语，详细的尺寸由作为业界团体的美国电子工业协会（EIA）所决定。

2、所谓“1U的PC服务器”，就是外形满足EIA规格、厚度为111.125px的产品。设计为能放置到19英寸机柜的产品一般被称为机架服务器。

3、工控机就是一种高可用高密度的低成本服务器平台，是专门为特殊应用行业和高密度计算机环境设计的。它们可以通过本地硬盘启动自己的操作系统，如Windows/NT/2000/2003、Linux、Solaris等等，类似于一个个独立的服务器。在这种模式下，每一个主板运行自己的系统，服务于指定的不同用户群，相互之间没有关联。不过我们还是可以用系统软件将这些主板集合成一个服务器集群。

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发布于：江西省

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观看视频：   案例1 工控机简介（5：04）

一、工业控制计算机接口

以研华10串口H61芯片组工控主板为例介绍工业控制计算机接口。研华10串口H61芯片组工控机外形如图5.37所示，工控机主板接口如图5.38所示。

（1）COM1、COM2、COM3~COM10都是COM口，即串行通讯端口，简称串口；

（2）SATA是Serial ATA的缩写，即串行ATA。是一种电脑总线，主要功能是用于主板和大量存储设备（如硬盘及光盘驱动器）之间的数据传输；

（3）p/s2接口  是PlayStation 2的缩写，俗称“小口”。这是一种6针的圆型接口，是鼠标和键盘的专用接口；

（4）VGA  VGA（Video Graphic Array）是视频绘图阵列缩写， VGA接口就是显卡上输出模拟信号的接口，也叫D-Sub接口 ，共有15针脚，分成3排， 每排5个；

（5）DVI  DVI（Digital Visual Interface）是数字可视化界面的缩写，DVI接口是连液晶显示器的接口，输出的是数字信号 ，接口上只有3排8列共24个针脚 ；

（6）USB  USB（Universal Serial Bus）是通用串行总线的缩写，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯；usb2.0为普通的颜色，理论最大传输速率为480Mbps；usb3.0为蓝色接口，传输速率为5.0Gbps；

（7）PCI-E 16X  是现在显卡的主流接口；

（8）PCI 插槽 是基于 PCI 局部总线（Pedpherd  Component Interconnect，周边元件扩展接口）的扩展插槽。可插接显卡、声卡、网卡、内置 Modem、内置  ADSL Modem、USB 2.0 卡、IEEE1394 卡、IDE 接口卡、RAID 卡、电视卡、视频采集卡以及其它种类繁多的扩展卡。

二、工业控制计算机总线

所谓总线，就是在器件与器件之间、电路板与电路板之间或者设备与设备之间传送数字信息的一组公用共享信号线。按功能总线可分为内总线与外总线。

（1）内总线

内总线是连接元器件内、电路板内等计算机内部各部件间信号的通道，完成信息的传递，这些信息包括地址、数据和控制信息，所对应的总线为地址总线AB（address bus）、数据总线DB（data bus）以及控制总线CB（control bus）

（2）外总线

外总线又称现场总线。现场总线是将主站的主控计算机设备与现场各种从站设备如传感器、变送器、执行器以及现场分控制器（如PLC、调节器）等设备链接起来，进行数据传输与通信，形成一个完整的自动化网络控制系统，多用于化工、冶金、炼油、智能楼宇等大型工厂自动化系统。

常用现场总线与通信接口主要有：

①RS-232C与RS-485串行异步通信接口：用于近距离的外设与主控计算机之间传输数字信息；

②IEEE-488仪器测量总线：用于连接现场测量仪表如变送器、调节器、调节阀等信号传送到主控制室； 

③Profibus过程现场通信总线：西门子公司推出，用于工厂过程自动化；

④CC-Link控制与通信链路系统：由三菱电动机公司推出，主要用于亚洲；

⑤CAN控制器局域网总线：由德国B0SH公司推出，最初用于汽车内部测量与执行部件间数据通信； 

⑥Lonworks局部操作网络总线：-由美国Eche1on公司推出，最初用于楼宇自动化等。

三、现场对工业控制计算机的要求

现场对工业控制计算机的一般要求是：温度、湿度适用范围大，防尘、防腐蚀、防振动冲击能力高；较好的电磁兼容性、共模抑制能力和抗干扰能力；平均无故障工作时间长故障修复时间短等，以达到很高的运行效率。

观看视频： 5.3 工业计算机控制及接口技术（10:53）

【任务实施】  认识工业控制计算机的接口

以研华10串口H61芯片组工控主板为例，认识工业控制计算机的接口。研华10串口H61芯片组工控机外形如图5.37所示，工控机主板接口如图5.38所示。

参考接线视频:  案例  CAN总线控制视频（15：35）

（视频只用于教学，不产生其他经济效益）

简答题

1.什么是工业控制计算机总线。

2.解释由Profibus现场总线构成的工厂三级计算机自动控制系统图中各级作用。

         表5.5 任务评价表

“理论项目”参考答案 

1.什么是工业控制计算机总线。

所谓总线，就是在器件与器件之间、电路板与电路板之间或者设备与设备之间传送数字信息的一组公用共享信号线。总线通常通过使用一组印制线、一定芯数的双绞线、 带屏蔽套的同轴电缆甚至光缆和相应接口，在总线控制器指挥下遵照约定的通信协议，互相传输数字信号。

总线型工业控制计算机是具有总线结构的计算机，它主要应用于工业过程测量、数据采集与控制。按功能总线可分为内总线与外总线。

2.解释由Profibus现场总线构成的工厂三级计算机自动控制系统图中各级作用。

 工厂级  是系统核心部分。完成对工厂过程控制各部分管理和控制，并实现厂级办公自动化。主要由主控制计算机、监控计算机、网络管理站、大型模拟显示屏以及办公自动化设备等构成；

车间级  是实现工厂自动化关键，也是工厂级与现场级之间的枢钮层，主要由CNC、分布式计算机、PLC构成；

现场级  是实现工厂自动化基础，主要由传感器、变送器、控制器、执行机构如气动调节伐、电动机等构成。