【百科知识】工业控制计算机是什么?工业控制计算机详解

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工控机(Industrial Personal Computer,IPC)即工业控制计算机,是一种采用总线结构,对生产过程及机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。工控机具有重要的计算机属性和特征,如具有计算机CPU、硬盘、内存、外设及接口,并有操作系统、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。工控行业的产品和技术非常特殊,属于中间产品,是为其他各行业提供可靠、嵌入式、智能化的工业计算机。

工业控制计算机主要分类

工控机的主要类别有:IPC(PC总线工业电脑)、PLC(可编程控制系统)、DCS(分散型控制系统)、FCS(现场总线系统)及CNC(数控系统)五种。

1、IPC

即基于PC总线的工业电脑。据2000年IPC统计PC机已占到通用计算机的95%以上,因其价格低、质量高、产量大、软/硬件资源丰富,已被广大的技术人员所熟悉和认可,这正是工业电脑热的基础。其主要的组成部分为工业机箱、无源底板及可插入其上的各种板卡组成,如CPU卡、I/O卡等。并采取全钢机壳、机卡压条过滤网,双正压风扇等设计及EMC(electromagneticcompatibility)技术以解决工业现场的电磁干扰、震动、灰尘、高/低温等问题。

IPC有以下特点:

可靠性:工业PC具有在粉尘、烟雾、高/低温、潮湿、震动、腐蚀和快速诊断和可维护性,其MTTR(MeanTimetoRepair)一般为5min,MTTF10万小时以上,而普通PC的MTTF仅为10000~15000小时。

实时性,工业PC对工业生产过程进行实时在线检测与控制,对工作状况的变化给予快速响应,及时进行采集和输出调节(看门狗功能这是普通PC所不具有的),遇险自复位,保证系统的正常运行。

扩充性,工业PC由于采用底板+CPU卡结构,因而具有很强的输入输出功能,最多可扩充20个板卡,能与工业现场的各种外设、板卡如与道控制器、视频监控系统、车辆检测仪等相连,以完成各种任务。

兼容性,能同时利用ISA与PCI及PICMG资源,并支持各种操作系统,多种语言汇编,多任务操作系统。

2、可编程序控制器(PLC)

PLC 英文全称Programmable Logic Controller,中文全称为可编程逻辑控制器。定义是:一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器,在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。

可编程控制器是计算机技术与自动化控制技术相结合而开发的一种适用工业环境的新型通用自动控制装置,是作为传统继电器的替换产品而出现的。随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展,可编程控制器更多地具有了计算机的功能,不仅能实现逻辑控制,还具有了数据处理、通信、网络等功能。由于它可通过软件来改变控制过程,而且具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点,已广泛应用于工业控制的各个领域,大大推进了机电一体化的进程。

3、分散型控制系统(DCS)

DCS 英文全称Distributed Control System,中文全称为分布式控制系统。它是一种高性能、高质量、低成本、配置灵活的分散控制系统系列产品,可以构成各种独立的控制系统、分散控制系统DCS、监控和数据采集系统(SCADA),能满足各种工业领域对过程控制和信息管理的需求。系统的模块化设计、合理的软硬件功能配置和易于扩展的能力,能广泛用于各种大、中、小型电站的分散型控制、发电厂自动化系统的改造以及钢铁、石化、造纸、水泥等工业生产过程控制。

4、现场总线系统(FCS)

FCS英文全称Fieldbus Control System,中文全称为现场总线控制系统。它是全数字串行、双向通信系统。系统内测量和控制设备如探头、激励器和控制器可相互连接、监测和控制。在工厂网络的分级中,它既作为过程控制(如PLC,LC等)和应用智能仪表(如变频器、阀门、条码阅读器等)的局部网,又具有在网络上分布控制应用的内嵌功能。由于其广阔的应用前景,众多国外有实力的厂家竞相投入力量,进行产品开发。现今,国际上已知的现场总线类型有四十余种,比较典型的现场总线有:FF,Profibus,LONworks,CAN,HART,CC-LINK等。

5、数控系统(CNC)

CNC英文全称Computer numerical control,中文全称为计算机数字控制系统。它是采用微处理器或专用微机的数控系统,由事先存放在存储器里系统程序(软件)来实现控制逻辑,实现部分或全部数控功能,并通过接口与外围设备进行联接,称为计算机数控,简称CNC系统。数控机床是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业的渗透形成的机电一体化产品;其技术范围覆盖很多领域:

1)机械制造技术;

2)信息处理、加工、传输技术;

3)自动控制技术;

4)伺服驱动技术;

5)传感器技术;

6)软件技术等。

工业控制计算机软件系统

工业控制软件系统主要包括系统软件、工控应用软件和应用软件开发环境等三大部分。其中系统软件是其它两者的基础核心,因而影响系统软件设计的开发质量。工控应用软件主要是根据用户工业控制和管理的需求而生成的,因此具有专用性。从工控软件系统发展历史和现状来看,工控软件系统应具5大主要特性:

1、开放性。这是现代控制系统和工程设计系中一个至关重要的指标。开放性有助于各种系统的互连、兼容,它有利于设计、建立和应用为一体(集体)的工业思路形成与实现。为了使系统工具良好的开放性,必须选择开放式的体系结构、工业软件和软件环境,这已引起工控界人士的极大关注。

2、实时性。工业生产过程的主要特性之一就是实时性,因此相应地要求工控软件系统应具有较强的实时性。

3、网络集成化。这是由工业过程控制和管理趋势。

4、人机界面更加友好。这不仅是指像菜单驱动所带来的操作方便,应包括设计和应用两个方面的人机界面。

5、多任务和多线程性。现代许多控制软件所面临的工业对象不再是单任务线,而是较复杂的多任务系统,因此,如何有效地控制和管理这样的系统仍是日前工控软件主要的研究对象 为适应这种要求,工控软仵,特别是底层的工控系统软件必须具有此特性 ,如多任务实进操作系统的研究和应用等。

从工控软件基本组成上看 它可大致划分为3层;实时操作系统层、拄制管理层以及应用层,实时操作系统OS层是其他层的基础。

工业控制计算机适用领域

IPC已被广泛应用于工业及人们生活的方方面面。

例如:控制现场、路桥控制收费系统、医疗仪器、环境保护监测、通讯保障、智能交通管控系统、楼宇监控安防、语音呼叫中心、排队机、POS柜台收银机、数控机床、加油机、金融信息处理、石化数据采集处理、物探、野外便携作业、环保、军工、电力、铁路、高速公路、航天、地铁、智能楼宇、户外广告、等等。

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