工控机及系统的分类与组成，如图所示

一、工控机的分类

1.工控机主机分类

按照所采用的总线标准类型可将工控机分成下列4类:

(1)PC总线工控机。有ISA 总线、VESA局部总线(VL-BUS)、PCI总线、PCI04总

线等几种类型工控机，主机CPU类型有80386、80486、Pentium 等。

(2)STD总线工控机。它采用STD总线，主机CPU类型有Intel80386、Intel80486 等，

另外与STD总线相类似的还有STE总线工控机。

(3)VME总线工控机。它采用VME总线，主机CPU类型以Motorola M68000，

M68020 和M68030 为主。

(4)多总线工控机。它采用MultiBus 总线，主机CPU类型有Intel80386、Intel80486

和 Pentium 等。

2.典型的工控机组成

(1)加固型工业机箱。由于工控机应用于工业环境，因此机箱必须采取一系列加固措

施，以达到防震、防冲击、防尘，适应宽的温度和湿度范围。机箱内具有正的空气压力和良

好的屏蔽。

(2)工业电源。具有抗干扰能力强的电源，有防冲击、过电压、过电流保护，达到电磁

兼容性标准。

(3)主板。工控机核心部件是主板，其所采用的元器件满足工业环境，并且是一体化

(ALL-IN-ONE)主板，以易于更换。工控机采用标准总线，如ISA 总线、PCI总线等。

(4)显示卡。要求具有SVGA以上。

(5)软驱。一般工控机的软驱有5.2in和3.5in两种类型，还可外加一个光驱。

(6)硬盘。目前工控机的硬盘容量可达160GB以上。

(7)各类输入/输出接口模板。

(8)彩色显示器尺寸为17in 或21in。

(9)键盘一般采用101标准键盘和触摸式键盘。

(10)鼠标为机械式或光电式。

(11)打印机用于制表打印。

二、典型工控机及系统的组成

1.工控机系统的基本分类

按应用分类，工控机系统可分5大类:工业控制功能模板、模块系列(即单板机、单片

机控制);集中型工控机系列;分散型工控机系统;可编程控制器及数控装置;工业自动测

试系统等。

按系统构成本身分类，工控机系统可分单机型和多机型。多机型又分集中型和分散型。

工控机系统按结构层次可划分为:直接数字控制(DirectDigital Control,DDC)系统、

监督控制(SupervisioryComputer Control，SCC)系统、集散型控制系统(DCS)、递阶控

制系统(Hierarchical Control System，HCS)和现场总线控制系统(FieldbusControl Sys-

tem，FCS)等几种，其中DCS是融DDC系统、SCC系统及整个工厂的生产管理为一体的

高级控制系统，该系统克服了其他控制系统中存在的“危险集中”问题，具有较高的可靠性

和实用性。但是，为了进一步适合现场的需要，DCS也在不断更新换代。近年来，集计算

机、通信、控制3种技术为一体的第5代过程控制体系结构，即现场总线控制系统，成为国

内外计算机过程控制系统一个重要的发展方向。

2.典型的工控机系统构成

(1)典型的工业自动化系统的三层网络结构。典型工业控制自动化主要包含3个层次，

从下往上依次是基础自动化、过程自动化和管理自动化，其核心部分是基础自动化和过程自

动化。传统的自动化系统，基础自动化部分基本被PLC和 DCS所垄断，过程自动化和管理

自动化部分主要是由小型机组成。

图1-1所示是一个典型的工业自动化系统的三层网络结构，其低层是以现场总线将智

能测试、控制设备以及工控机或者PLC设备的远程I/O点连接在一起的设备层，中间是将

PLC、工控机以及操作员界面连接在、一起的控制层网络，而上层的以太网以PC或工作站为主完成管理和信息服务任务。三级网络各司其职，描述了工业自动化的典型结构。

PLC在IPC的基础上通过如上三级网络设备构建成连接工厂生产过程控制到企自动化与控制控制网业 ERP系统。企业管理层可以通过网络直接接受工厂端反馈的生产过程控制

PLC信息，而工厂控制端也可以直接接受来自管理层的信息指导，工业生产过程就

可以变得透明，使不同职能部门可以通过网络实现有机结合。这样就使得企业

管控一体化、工业企业信息化、基于网图1-1 工业自动化系统的三层网络结构示意图

络自动化的目标得以实现。

(2)典型的工控机系统由下列几部分构成:

1)工控机主机。包括主板、显示卡、无源多槽ISA/PCI底板、电源、机箱等。

2)输入接口模板。包括模拟量输入、开关量输入、频率量输入等。

3)输出接口模板。包括模拟量输出、开关量输出、脉冲量输出等。

4)通信接口模板。它包括串行通信接口模板(RS-232、RS-422、RS-485等)与网

络通信模板(ARCNET网板或Ethernet网板)，还需配现场总线通信板等。

5)信号调理单元。这是工控机很重要的一部分，信号调理单元对工业现场各类输入信

号进行预处理，包括对输入信号的隔离、放大、多路转换、统一信号电平等处理，对输出信

号进行隔离、驱动、电压转换等。该单元由各类信号调理模块或模板构成，安装在信号调理

机箱中，该机箱具有单独的供电电源。信号调理单元的输出连接到主机相应的输入模板上，

主机输出接口模板的输出连接到信号调理单元输出调理模块或模板上。一般信号调理模块本

身均带有与现场连接的接线端子，现场输入/输出信号可直接连接到信号调理模块的端子上。

6)远程采集模块。近几年发展了各类数字式智能远程采集模块。该模块体积小、功能

强，可直接安装在现场一次变送器处，将现场信号直接就地处理，然后通过现场总线

Fieldbus与工控机通信连接。目前采用较好的现场总线类型有CAN 总线、LonWorks总线、

Profibus、CC-Link总线以及RS-485串行通信总线等。

7)工控软件包。它支持数据采集、控制、监视、画面显示、趋势显示、报表、报警、通

信等功能。工控机必须具有相应功能的控制软件才能工作。这些控制软件有的是以Ms-DOS

操作系统为平台，有的是以Windows操作系统为平台，有的是以实时多任务操作系统为平

台，选用时应依实际控制需求而定。典型的工控机系统构成原理框图如图1-2所示。