第四章 工业控制计算机组成概述
4-1 工业控制计算机及发展演变
4-2 总线工控机产品
4-3 可编程逻辑控制器
4-4 硬件系统集成应用
本章主要内容
工业控制计算机
总线和集成技术
嵌入式计算机技术及产品
PLC工业控制系统
系统集成
4.1 工业控制计算机及发展演变
4.1.1 工业控制计算机的组成结构及特点
工业控制计算机是为满足工业应用领域而发展起来的。
要求,系统实时性好，可靠性高，输入输出模板配套好，
系统通信功能强几系统开放性与扩充性好。
1.工业控制计算机的硬件组成,如图 4.1。
硬件包括主机板 (CPU,RAM,ROM)、内部总线
和外部总线、人机接口、系统支持板、磁盘系统、
通信接口、输入输出通道。
2.工业控制计算机的硬件组成
软件包括系统软件、支持软件和应用软件。
3.工业控制计算机的特点
4.1.2 工业控制机总线结构
4.1.2.1 总线与接口
总线就是一组信号线的集合，它定义了引线的
信号、电气、机械特性，使计算机内部各组成部
分之间以及个同的计算机之间建立信号联系，进
行信号传送即通信。
4.1.2.2 内部总线
内部总线就是计算机内部功能模板之间进行
通信的总线．它是构成完整的计算机系统的内部
信息枢纽。
4.1.2.3外部总线
外部总线是计算机与计算机之间或计算机与
其它智能设备之间进行通信的连线。
图 4.3 ISA总线结构示意图
图 4.4 PCI总线结构示意图
4.1.2.5 通用串行总线 USB
1、通用串行总线 USB的实现目标,
●简化扩充 PC机外设的操作。
●为对传输速率高达 12Ｍ b/s的支持提供了廉价
的解决方案。
●完全支持实时数据（语音、音频和压缩视频信
号）的传输。
●协议灵活，即可以用于同步数据传输，也可以
用于异步消息传输。
●同商用设备技术实现了集成。
●提供一个标准的接口，可以迅速地应用于生产。
2、应用范围分类
3,USB接口概念
4,USB的特点
4.1.3工业控制机进展
4.2 总线工控产品
4.2.1 IPC工业控制机
工业现场对工控机的基本要求
工控机的分类
4.2.1.1工控机的主要类型及功能
4.2.1.2根据应用需求选择合适的工控机
4.2.2外围接口部件
4.2.2.1概述
4.2.2.2模板性能技术指标简介
模拟量输入模板主要指标
模拟量输出模板的主要技术指标
4.2.2.3智能通用 I／ O单元 —— UIO板
UIO－ CPU的主要指标
主要硬件说明
4.2.3工业控制系统中的人 -机接口技术
人 -机接口，是指显示技术、打印技术和输入技术三
个方面的问题。
1 显示技术
常用的显示技术有指示灯方式,LED方式,LCD（液
晶显示）方式、模拟屏显示方式、图形显示方式，
以及新型薄膜晶体管 TFT方式。
2 打印输出技术
3 输入接口技术
4.2.4 嵌入式 PC机
1 嵌入式 PC机发展及特点
2 嵌入式 PC/104计算机性能
4.2.5 ADAM5510系统
1 ADAM5510 模拟开放式 PC环境
2 ADAM5510系统
3 ADAM5510系统技术参数
4 编程与下装
5 I/O模块
6 ADAM5510 A2版函数库
4.3 PLC工控技术
4.3.1 PLC发展及工控特点
– PLC及其网络被公认为现代工业自动化三大
支柱（ PLC、机器人,CAD/DAM）之一。
– 工业自动化系统通常分成三类,
第一类是控制开关量的逻辑控制系统；
第二类是控制慢连续量的过程控制系统；
第三类是控制快连续量的运动控制系统。
– 1 可编程控制器的发展概况
– 2 PLC及其网络是现代工业自动化的支柱
● PLC集三电于一体
● PLC网络的性能价格比高
4.3.2 PLC产品概览
4.3.2.1 PLC的几种流派
PLC产品按地域大体可以分成三个流派,
●美国产品 ●欧洲产品 ●日本产品
4.3.2.2 三种流派的三类代表产品
4.3.3 西门子（ SIEMENS）可编程控制器
表 4-4 三种流派的代表产品及网络结构
序号 代表产品型号 PIC网络 生 产 公 司
1 PLC— 3
PLC— 5
3级总线复合
型拓扑结构
美国 A-B公司
2 S7系列 3级总线复合
型拓扑结构
德国西门子公司
3 FP系列 4级子网的复
合型网络
日本松下电工公司
4 C系列 复合型网络
结构
日本立时公司
4.4 硬件系统集成应用
4.4.1硬件组态集成概述
一般的微机控制系统至少包括：微处理器
（ CPU）、内存储器（ RAM,ROM,EPROM,EEPROM）、
外存储器（软硬盘、附加盘、电子盘）、模拟量输
入／输出通道板、开关量输入／输出通道板、人 -
机联系设备（指键盘、屏幕及打印设备，记录仪
等）,
4.4.2系统集成举例
4.4.2.1沥青生产计算机自动控制系统 -最简控
制系统
热
水
沥
青
乳
化
机
储
罐
图 4.34 工艺流程示意
计数和
I/O模块
隔离模
拟量输
出模块
脉冲
整形
和隔
离模
块
变频器
变频器
热水流量仪表
装车流量仪表
装车泵电机
沥青泵电机
热水泵电机
继
电
器
模
块
乳化沥青流量仪表
图 4.35 控制系统的结构
? 4.4.2.2隧道窑计算机温度检测系统 --远
程 I/O控制系统集成
开 始
系统初始化
开中断
键盘命令处理
显示处理
中断服务开始
计数
T=1S?
读计数器值
重置计数器
计算流量
PID运算
输出控制量
结束
图 4.36 程序主要结构
…
RS232 工控机 Adam4520 RS485
1# Adam4018 2# Adam4018 6# Adam4018
… … …
1 6 7 7 14 30 36
图 4.37 计算机分布式温度检测系统硬件构成
热电偶 × 36
约 500米
传输线
控制室计算机
办公室计算机
补偿线 × 36
（双绞线）
打印机
通讯转换器 温度变送器 × 6
图 4.38 计算机分布式温度检测系统组成
1.什么是工业控制计算机？简述工业控制计算机的特点。
2.工业控制计算机由哪几部分组成？各部分的功能如何？
3.浅析工业环境对计算机控制系统有哪些要求？对计算机
应用有哪些要求？
4.比较分析 IPC工业控制计算机总线特点。
5.分析说明 ADAM5510控制器技术应用特点和方法。
6.分析说明 PC/104总线计算机技术应用特点和方法。
7.试分析系统集成技术概念和组态模式。
思
考
题
4-1 工业控制计算机及发展演变
4-2 总线工控机产品
4-3 可编程逻辑控制器
4-4 硬件系统集成应用
本章主要内容
工业控制计算机
总线和集成技术
嵌入式计算机技术及产品
PLC工业控制系统
系统集成
4.1 工业控制计算机及发展演变
4.1.1 工业控制计算机的组成结构及特点
工业控制计算机是为满足工业应用领域而发展起来的。
要求,系统实时性好，可靠性高，输入输出模板配套好，
系统通信功能强几系统开放性与扩充性好。
1.工业控制计算机的硬件组成,如图 4.1。
硬件包括主机板 (CPU,RAM,ROM)、内部总线
和外部总线、人机接口、系统支持板、磁盘系统、
通信接口、输入输出通道。
2.工业控制计算机的硬件组成
软件包括系统软件、支持软件和应用软件。
3.工业控制计算机的特点
4.1.2 工业控制机总线结构
4.1.2.1 总线与接口
总线就是一组信号线的集合，它定义了引线的
信号、电气、机械特性，使计算机内部各组成部
分之间以及个同的计算机之间建立信号联系，进
行信号传送即通信。
4.1.2.2 内部总线
内部总线就是计算机内部功能模板之间进行
通信的总线．它是构成完整的计算机系统的内部
信息枢纽。
4.1.2.3外部总线
外部总线是计算机与计算机之间或计算机与
其它智能设备之间进行通信的连线。
图 4.3 ISA总线结构示意图
图 4.4 PCI总线结构示意图
4.1.2.5 通用串行总线 USB
1、通用串行总线 USB的实现目标,
●简化扩充 PC机外设的操作。
●为对传输速率高达 12Ｍ b/s的支持提供了廉价
的解决方案。
●完全支持实时数据（语音、音频和压缩视频信
号）的传输。
●协议灵活，即可以用于同步数据传输，也可以
用于异步消息传输。
●同商用设备技术实现了集成。
●提供一个标准的接口，可以迅速地应用于生产。
2、应用范围分类
3,USB接口概念
4,USB的特点
4.1.3工业控制机进展
4.2 总线工控产品
4.2.1 IPC工业控制机
工业现场对工控机的基本要求
工控机的分类
4.2.1.1工控机的主要类型及功能
4.2.1.2根据应用需求选择合适的工控机
4.2.2外围接口部件
4.2.2.1概述
4.2.2.2模板性能技术指标简介
模拟量输入模板主要指标
模拟量输出模板的主要技术指标
4.2.2.3智能通用 I／ O单元 —— UIO板
UIO－ CPU的主要指标
主要硬件说明
4.2.3工业控制系统中的人 -机接口技术
人 -机接口，是指显示技术、打印技术和输入技术三
个方面的问题。
1 显示技术
常用的显示技术有指示灯方式,LED方式,LCD（液
晶显示）方式、模拟屏显示方式、图形显示方式，
以及新型薄膜晶体管 TFT方式。
2 打印输出技术
3 输入接口技术
4.2.4 嵌入式 PC机
1 嵌入式 PC机发展及特点
2 嵌入式 PC/104计算机性能
4.2.5 ADAM5510系统
1 ADAM5510 模拟开放式 PC环境
2 ADAM5510系统
3 ADAM5510系统技术参数
4 编程与下装
5 I/O模块
6 ADAM5510 A2版函数库
4.3 PLC工控技术
4.3.1 PLC发展及工控特点
– PLC及其网络被公认为现代工业自动化三大
支柱（ PLC、机器人,CAD/DAM）之一。
– 工业自动化系统通常分成三类,
第一类是控制开关量的逻辑控制系统；
第二类是控制慢连续量的过程控制系统；
第三类是控制快连续量的运动控制系统。
– 1 可编程控制器的发展概况
– 2 PLC及其网络是现代工业自动化的支柱
● PLC集三电于一体
● PLC网络的性能价格比高
4.3.2 PLC产品概览
4.3.2.1 PLC的几种流派
PLC产品按地域大体可以分成三个流派,
●美国产品 ●欧洲产品 ●日本产品
4.3.2.2 三种流派的三类代表产品
4.3.3 西门子（ SIEMENS）可编程控制器
表 4-4 三种流派的代表产品及网络结构
序号 代表产品型号 PIC网络 生 产 公 司
1 PLC— 3
PLC— 5
3级总线复合
型拓扑结构
美国 A-B公司
2 S7系列 3级总线复合
型拓扑结构
德国西门子公司
3 FP系列 4级子网的复
合型网络
日本松下电工公司
4 C系列 复合型网络
结构
日本立时公司
4.4 硬件系统集成应用
4.4.1硬件组态集成概述
一般的微机控制系统至少包括：微处理器
（ CPU）、内存储器（ RAM,ROM,EPROM,EEPROM）、
外存储器（软硬盘、附加盘、电子盘）、模拟量输
入／输出通道板、开关量输入／输出通道板、人 -
机联系设备（指键盘、屏幕及打印设备，记录仪
等）,
4.4.2系统集成举例
4.4.2.1沥青生产计算机自动控制系统 -最简控
制系统
热
水
沥
青
乳
化
机
储
罐
图 4.34 工艺流程示意
计数和
I/O模块
隔离模
拟量输
出模块
脉冲
整形
和隔
离模
块
变频器
变频器
热水流量仪表
装车流量仪表
装车泵电机
沥青泵电机
热水泵电机
继
电
器
模
块
乳化沥青流量仪表
图 4.35 控制系统的结构
? 4.4.2.2隧道窑计算机温度检测系统 --远
程 I/O控制系统集成
开 始
系统初始化
开中断
键盘命令处理
显示处理
中断服务开始
计数
T=1S?
读计数器值
重置计数器
计算流量
PID运算
输出控制量
结束
图 4.36 程序主要结构
…
RS232 工控机 Adam4520 RS485
1# Adam4018 2# Adam4018 6# Adam4018
… … …
1 6 7 7 14 30 36
图 4.37 计算机分布式温度检测系统硬件构成
热电偶 × 36
约 500米
传输线
控制室计算机
办公室计算机
补偿线 × 36
（双绞线）
打印机
通讯转换器 温度变送器 × 6
图 4.38 计算机分布式温度检测系统组成
1.什么是工业控制计算机？简述工业控制计算机的特点。
2.工业控制计算机由哪几部分组成？各部分的功能如何？
3.浅析工业环境对计算机控制系统有哪些要求？对计算机
应用有哪些要求？
4.比较分析 IPC工业控制计算机总线特点。
5.分析说明 ADAM5510控制器技术应用特点和方法。
6.分析说明 PC/104总线计算机技术应用特点和方法。
7.试分析系统集成技术概念和组态模式。
思
考
题
