一、工控机概念
工控机,也称为工业控制计算机(IndustrialPersonal Computer,IPC)是指对工业生产过程及其机电设备、工艺装备进行测量与控制用的计算机,简称工控机,也称产业电脑、工业计算机、产业计算机。工控机通俗地说就是专门为工业现场而设计的计算机。
工业控制计算机是工业自动化设备和信息产业基础设备的核心。传统意义上,将用于工业生产过程的测量、控制和管理的计算机统称为工业控制计算机,包括计算机和过程输入/输出通道两部分。但今天工业控制计算机的内涵已经远不止这些,其应用范围也已经远远超出工业过程控制。因此,工业控制计算机是应用在国民经济发展和国防建设的各个领域、具有恶劣环境适应能力、能长期稳定工作的加固的增强型个人计算机(PC),因此也简称工控机。
工控机之所以大受欢迎,其根本原因在于PC的开放性。其硬件和软件资源极其丰富,并且为工程技术人员和广大用户所熟悉。基于PC的(包括嵌人式PC)控制系统,正以20%以上的速率增长,并且已经成为DCS、PLC未来发展的参照物。
二、工控机的特点
工控机是一种加固的增强型个人计算机,它可以作为一个工业控制器在工业环境中可靠运行。早在20世纪80年代初期,美国AD公司就推出了类似工控机的MAC150 工控机,随后美国IBM公司正式推出工业个人计算机IBM7532。由于工控机的性能可靠、软件丰富、价格低廉,在控制系统中异军突起,后来居上,应用日趋广泛。目前,工控机已被广泛应用于通信、工业控制现场、路桥收费、医疗、环保及人们生活的方方面面。
工控机是根据工业生产的特点和要求而设计的电子计算机,它应用于工业生产中,实现各种控制目的、生产过程和调度管理自动化,以达到优质、实时、高效、低耗、安全、可靠,减轻劳动强度、改善工作环境的目的。它是自动化仪表的重要分支,也是电子计算机的重要分支。它主要用于工业过程测量、控制、数据采集等工作。而工业现场一般具有强烈振动、灰尘多、电磁场力干扰强等特点,且一般工厂均是连续作业,即一年中一般没有休息。
因此,工控机与普通计算机相比具有以下特点:
(1)可靠性高,工控机通常用于控制不间断的生产过程,在运行期间不允许停机检修,一旦发生活障将会导致质量事故,甚至生产事故,因此要求工控机具有很高的可靠性,也就是说要有许多提高安全可靠性的措施,以确保平均无故障工作时间(MTBF)达到几万小时,同时尽显缩短放障修复时间(MTTR),以达到很高的运行效率。
(2)实时性好,工控机对生产过程进行实时控制与监测,因此要求它必须实时地响应控制对象各种参数的变化,当过程参数出现偏差或故障时,工控机能及时响应,并能实时地进行报警和处理,
(3)环境适应性强,工业现场环境恶,电磁干扰严重,供电系统也常受大负荷设备自停的干扰。其接“地”系统复杂,共模及丰模干扰大。因此要求工控机具有很强的环境适应能力,如对温度、混度变化范围要求高:要有防尘、防窗蚀、防振动冲击的能力;要具有较好的电磁兼容性和高抗干扰能力以及高共模抑制的能力。
(4)过程输人/输出配套较好,工控机要具有丰富的多种功能的过程输入/输出配套模板、如模拟量、开量、脉冲量、频率量等输人/输出模板,具有多种类型的信号调理功能。如隔离型和非隔离型信号调理,各类热电,热电阻信号输人调理,电压和电流信号输人/输出信号的调理等。
(5)系统扩展性好,随着工厂自动化水平的提高。控制规模也在不断扩大,因此要求工控机具有灵活的扩展性。
(6)系统开放性,要求工控机具有开放性体系结构,也就是说在主机接口、网络通信、软件兼容及升级等方面遵守开放性原则,以便于系统扩展、异机种连接、软件的可移植和互换。
(7)控制软件包功能强,工控软件包要具备人机交互方便、界面丰富、实时性好等性能;具有系统组态和系统生成功能,具有实时及历史的趋势记录与显示功能;具有实时报警及事故追亿等功能,此外尚须具有丰富的控制算法,除了常规PID(比例、积分、微分)控制算次外,还应具有一些高细控制算法,如模模控制、神经元网络、优化、自适应、自整定等算法,并具有在线自诊断功能,目前一个 的控制软件包往往将连续控制功能与断续控制功能相结合。
(8)系统通信功能强,具有串行通信、网络通信功能,由于实时性要求高,因此要求工控机通信网络速度高,并且符合国际标准通信协议,如IEEE 802.4、IEEE 802.3协议等。
有了强有力的通信功能,工控机可构成更大的控制系统,如DCS(Distrbuted Contral Sysum,集散控制系统)、CIMS (Computer Integrated Munafacturing System,计算机集成制造系统)等。
(9)后备措施齐全,包括供电后备、存器信息保护,手动/自动操作后备,紧急事件切换装置等。
(30)具有余性,在可靠性要求更高的场合,要有双机工作及冗余系统,包括控制站、双操作站、双网通信、双供电系统、双电源等;具有双机切换功能、双机监视软件等,以确保系统长期不间断地运行。
它能在系统出现放障时迅速报警,并在无人干预的情况下,使系统自动恢复运行。
(11)系统线监测和自复位,如今,看门向电路已成为工业PC设计不可缺少的一部分
(12)软硬件兼容性。能同时利用ISA与PCI及PICMG资源,并支持各种操作系统,多种编程语言,多任务操作系统,充分利用商用PC所积累的软、硬件资源。