工业PC及应用讲座1.ppt

中国信息产业商会工业自动化培训中心 中国信息产业商会工业自动化培训中心 工业PC及应用讲座第一部分 工业控制计算机概述 刘 鑫 研究员 国家工业控制机及系统工程技术研究中心 1 工业计算机的发展与回顾 1.1 引言 我国工业计算机技术的发展，主要经历了 STD总线、PC/104总线、PCI/ISA总线、VME总线、AT96总线到CompactPCI总线，期间大约用了十五年的时间。由于Compact PCI总线标准结合了VME的高性能、扩展性和可靠性以及PCI总线标准的开放性、经济有效和灵活性，所以发展极为迅速，目前已经有取代VME以及STD工业标准，成为工业界的新一代主流标准的趋势。早在1999年，国家就将研制具有自主知识产权的CompactPCI总线工控机系统作为了重点和优先发展的目标之一。 1 工业计算机的发展与回顾 据统计，市场上每年销售大约30亿颗嵌入式CPU，其中绝大部分是8位和16位的CPU。与此同时，嵌入式工业控制机的市场也在迅速增长。嵌入式工控机是嵌入在工业系统内部，在工业极端环境里能够连续长期稳定可靠工作的工业型计算机。随着Intel CPU和Microsoft DOS/WINDOWS架构演变成事实上的标准，ISA/PCI总线加固型工业PC（IPC）开始向工业领域渗透。 IPC虽然经过了工业化改造（如取消了大母板，采用无源背板、插卡式模板，工业电源，全钢密封机箱微正压散热，温度自动检测和调整等），但其本质上仍然不是工业型PC，不能从根本上解决大母板水平放置、抗震动冲击能力差、非均匀散热、元器件失效率高、平均修复时间（MTTR）长、维护困难等问题，难以满足工业控制任务的苛刻要求。 1 工业计算机的发展与回顾 1.2 STD总线工业计算机 STD总线在1978年最早由Pro-Log公司作为工业标准发明的，由STDGM制定为STD-80规范，随后被批准为国际标准IEEE961。STD-80/MPX作为STD-80追加标准，支持多主（MultiMaster）系统。STD总线工控机是工业型计算机，STD总线的16位总线性能满足嵌入式和实时性应用要求，特别是它的小板尺寸(4.5英寸x 6.5英寸)、垂直放置无源背板的直插式结构、丰富的工业I/O OEM模板、低成本、低功耗、扩展的温度范围、可靠性和良好的可维护性设计，使其在空间和功耗受到严格限制的、可靠性要求较高的工业自动化领域得到了广泛应用。 STD总线486 CPU板 STD总线 32路12位光电隔离A/D板 1.3 VME总线工业计算机 1981年，Mostek、Motorola、Philip和Signetics公司发明了VME总线，从此VME总线工业控制机在图像处理、工业控制、实时处理和军事通讯中得到了广泛应用。1987年，VME总线被批准为国际标准IEEE1014-1987。 VME总线接口为2个96芯的针孔连接器P1和P2（6U欧洲卡），其中P2的外侧2排针由用户自定义，以满足用户的特殊要求。VME总线的数据宽度为32位，最大总线速度是40MB/sec。 1.3 VME总线工业计算机 1996年的新标准VME64（ANSI/VITA1-1994）将总线数据宽度提升到64位，最大数据传输速度为80MB/sec。由FORCE COMPUTERS制定的VME64x总线规范将总线速度提高到了320MB/sec。 VME总线工控机是实时控制平台，大多数运行的是实时操作系统，如UNIX、VxWorks、PSOS、VRTX、PDOS、LynOS以及VMEXEC，由OS制造商提供专用的软件开发工具开发应用程序。 1.3 VME总线工业计算机 1987年VXI总线联合会成立，其目标是定义板级仪器标准，即VME扩展仪器仪表总线。VXI总线工控机以VME总线为内核，将欧洲卡尺寸扩展为四种：VXI A（3.9 inch x 6.3 inch）、VXI B（9.2 inch x 6.3 inch）、VXI C（9.2 inch x 13.4 inch）及VXI D（14.4 inch x 13.4 inch），其中现在最常用的是VXI C规格。 1993年，VXI规范被采纳为国际标准IEEE 1155。VXI总线工控机规定的操作系统类型有DOS、WINDOW 3.1、WINDOWS 95、WINDOWS NT、Solaris 1和2、HP-UX、MacOS以及SCO Unix。 1.3 VME总线工业计算机 1.3 VME总线工业计算机 1.3 VME总线工业计算机 1.4 AT96总线工业计算机 为了将ISA总线PC机应用在恶劣的工业环境中，1994年由德国SIEMENS公