第五章工业控制计算机及其接口技术 51概述 511工业控制计算机的概念特点 机电一体化系统中的计算机软、硬件占着相当重要的地位,它往往代表着系统的先进性和 智能特征。因而,把杋电一体化系统中的微杋软、硬件称之为智能组成要素。一般微型机往往 在实验室、办公室或在家庭中使用,而机电一体化系统中的微型机则必须为工业控制机或按工 业环境要求设计的微型机、其要求是可靠性髙、抗干扰能力强、环境适应能力好。 一般的把食于工业环境使用的微型计篡机系统称之为工业控制计篡机。一般也叫JPC 格说来,所谓工业控制计算机,是指那些满足下述条件的计算机系统 ·能够提供各种数据采集和控制功能。 ·能够和工业对象的传感器、执行机构直接接口。 ·能够在苛刻的工业环境下可靠运行。 工业控制计算机与信息处理机(商业计算机或家用计算机)相比较,具有以下主要特点: (1)丰富的过程输入/输出(/O)功能工业控制机是与工业生产控制系统紧密结合,主要 面向机电一体化产品和成套装置控制应用的要求,与生产工艺过程和机械设备相匹配的一个有 机组成部分。它必须与调节控制仪表、显示仪表、检测仪表、执行器,以及联锁保护系统联用, 才能完成对各种设备和工艺装置的控制。因此,除了计算机的基本部分如CPU、存储器外, 还必须有丰富的过程输入/输出设备(相对于数据处理机)和完善的外部设备(相对于PLC等), 这些是工业控制机能否投入运行的重要条件 ,(2)实时性高工业控制机应具有时间驱动和事件驱动的能力,要能对生产过程工况变化 时地进行监视和控制。当过程参数出现偏差甚至故障时,能迅速响应,予以判断,及时处理, 为此,需配有实时操作系统,完善的中断系统等,没有这些就无法很好地执行工业控制任务 所谓的“实时”,是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间内完成,亦即“及时”,超出这个时 限,就失去了控制的时机,控制也就失去了意义。 (3)高可靠性工业生产过程通常是昼夜连续的,一般的生产装置要几个月甚至一年才大 修一次,这就要求工业控制机可靠性尽可能的高。它要求 大万纸故障案一般来说,要求工业控制机的平均故障间隔时间MBF)不应低于数千甚至 小时 短的故障絛复时阆M~、采用冗余技术,更换模板容易,能够热拔插 行效率高一定时间内(例如一年),运行时间占整个时间的比率一般要求99%以上。 (4)很高的环境适应性工业环境恶劣,必须采取必要的措施,适应高温、高湿、腐蚀、 振动冲击、灰尘等环境。工业环境电、磁干扰严重,供电条件不良,工业控制机必须有极高的 电磁兼容性,有髙抗干扰能力和共模抑制能力 (5)丰富的应用软件工业控制软件正向结构化、组态化发展。建立模型,为寻找生产过- 1 - 第五章 工业控制计算机及其接口技术 5.1 概述 5.1.1 工业控制计算机的概念特点 机电一体化系统中的计算机软、硬件占着相当重要的地位，它往往代表着系统的先进性和 智能特征。因而，把机电一体化系统中的微机软、硬件称之为智能组成要素。一般微型机往往 在实验室、办公室或在家庭中使用，而机电一体化系统中的微型机则必须为工业控制机或按工 业环境要求设计的微型机、其要求是可靠性高、抗干扰能力强、环境适应能力好。 一般的把适合于工业环境使用的微型计算机系统称之为工业控制计算机。一般也叫 IPC。 严格说来，所谓工业控制计算机，是指那些满足下述条件的计算机系统： ·能够提供各种数据采集和控制功能。 ·能够和工业对象的传感器、执行机构直接接口。 ·能够在苛刻的工业环境下可靠运行。 工业控制计算机与信息处理机(商业计算机或家用计算机)相比较，具有以下主要特点： (1) 丰富的过程输入／输出(I/O)功能 工业控制机是与工业生产控制系统紧密结合，主要 面向机电一体化产品和成套装置控制应用的要求，与生产工艺过程和机械设备相匹配的一个有 机组成部分。它必须与调节控制仪表、显示仪表、检测仪表、执行器，以及联锁保护系统联用， 才能完成对各种设备和工艺装置的控制。因此，除了计算机的基本部分如 CPU、存储器外， 还必须有丰富的过程输入／输出设备(相对于数据处理机)和完善的外部设备(相对于 PLC 等)， 这些是工业控制机能否投入运行的重要条件。 (2) 实时性高 工业控制机应具有时间驱动和事件驱动的能力，要能对生产过程工况变化 实时地进行监视和控制。当过程参数出现偏差甚至故障时，能迅速响应，予以判断，及时处理。 为此，需配有实时操作系统，完善的中断系统等，没有这些就无法很好地执行工业控制任务。 所谓的“实时”，是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间内完成，亦即“及时”，超出这个时 限，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。 (3) 高可靠性 工业生产过程通常是昼夜连续的，一般的生产装置要几个月甚至一年才大 修一次，这就要求工业控制机可靠性尽可能的高。它要求： ·低故障率。一般来说，要求工业控制机的平均故障间隔时间(MTBF)不应低于数千甚至 上万小时。 ·短的故障修复时间(MTTR)。 采用冗余技术，更换模板容易，能够热拔插。 ·运行效率高。一定时间内(例如一年)，运行时间占整个时间的比率一般要求 99％以上。 (4) 很高的环境适应性 工业环境恶劣，必须采取必要的措施，适应高温、高湿、腐蚀、 振动冲击、灰尘等环境。工业环境电、磁干扰严重，供电条件不良，工业控制机必须有极高的 电磁兼容性，有高抗干扰能力和共模抑制能力。 (5) 丰富的应用软件 工业控制软件正向结构化、组态化发展。建立模型，为寻找生产过