工业控制计算机的介绍

1. 工业控制计算机的介绍

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。

2. 工业控制计算机的国内市场

工控机自从上世纪90年代进入中国大陆市场以来，至今已有20年余。期间工控机市场的发展，并不能算是一帆风顺，开拓、尝试、接受、认可、批评、前进等不同声音始终不绝于耳。伴随着计算机技术和自动化技术日新月异的发展，中国经济社会整体自动化、信息化水平的进程也正在加快。而作为计算机技术和自动化技术相融合的一种产品，工控机自身已经取得长足的技术进步，在大陆市场的应用也呈现出了新的局面，具体表现在以下四个方面：第一、从工控机产品的技术发展来讲，“嵌入式系统”“无风扇结构”“机箱散热”“固态硬盘”“箱式”“平板式”等新技术、新产品的应用，适应了自动化产品“小型化”“智能化”“低功耗”的发展趋势，已经大大提高了工控机的系统稳定性，也降低了制造和应用成本；第二、从工控机产品的形态来讲，工控机产品的定义范畴日益扩大，甚至与商用PC、商用工作站等其它计算机产品之间的概念区隔逐渐模糊；工控机产品除了传统的4U机架式工控机之外，箱式、面板式、单板电脑、嵌入式、便携式、行业专用电脑等其它工控机产品形式也得到了许多客户的接受认可和大量市场应用；第三、从工控机产品的销售渠道模式来讲，一些供应商变更了原有的销售渠道及模式，调整了直销分销的销售策略侧重，也变革了原装整机、组装整机、板卡的出货配额。这些调整变革的背后，是各家供应商为适应市场发展的新形势、提高客户满意度、抢占市场份额的深层考虑和市场反应行为；第四、从工控机下游应用行业来看，一些工控机传统的优势应用行业正在遭遇商用PC、商用工作站的挑战，大有没落甚至被取代的趋势；而一些新兴的应用市场却不断涌现，且呈现快速增长的趋势。

3. 工业控制计算机的软件系统

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。

4. 计算机类型的工业控制计算机

是一种采用总线结构，对生产过程及其机电设备、工艺装备进行检测与控制的计算机系统总称。简称工控机。它由计算机和过程输入输出（I/O）通过两大部分组成。计算机是由主机、输入输出设备和外部磁盘机、磁带机等组成。在计算机外部又增加一部分过程输入/输出通道，用来完成工业生产过程的检测数据送入计算机进行处理；另一方面将计算机要行使对生产过程控制的命令、信息转换成工业控制对象的控制变量的信号，再送往工业控制对象的控制器去。由控制器行使对生产设备运行控制。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。 即基于PC总线的工业电脑。据2000年IDC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，这正是工业电恼热的基础。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（Electro Magnetic Compatibility）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（Mean Time to Repair）一般为10万小时以上。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。 PLC英文全称ProgrammableLogicController，中文全称为可编程逻辑控制器，定义是：一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制系统（ProgrammableLogicController）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。 现代数控系统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。

5. 工业控制计算机的发展前景

随着社会信息化的不断深入，关键性行业的关键任务将越来越多地依靠工控机，而以IPC为基础的低成本工业控制自动化正在成为主流，本土工控机厂商所受到的重视程度也越来越高。随着电力、冶金、石化、环保、交通、建筑等行业的迅速发展，从数字家庭用的机顶盒、数字电视，到银行柜员机、高速公路收费系统、加油站管理、制造业生产线控制，金融、政府、国防等行业信息化需求不断增加，对工控机的需求很大，工控机市场发展前景十分广阔。发展趋势分析：1、DCS(集散控制系统)的发展趋势虽然以现场总线为基础的FCS发展很快，并将最终取代传统的DCS，但Fcs发展有很多工作要做，如统一标准，仪表智能化等。另外传统控制系统的维护和改造还需要DCS，因此FCS完全取代传统的DCS还需要一个较长的过程。当前工控机仍以大系统、分散对象、连续生产过程(如：冶金、石化、电力)为主，采用分布式系统结构的分散型控制系统仍在发展。由于开放结构和集成技术的发展，促使大型分散型控制系统销售增加。1）向综合方向发展：由于标准化数据通信线路和通信网络的发展，将各种单(多)回路调节器、PLC、工业比、NC等工控设备构成大系统，以满足工厂自动化要求，并适应开放化的大趋势。2）向智能化方向发展：由于数据库系统、推理机能等的发展，尤其是知识库系统(KBS)和专家系统(ES)的应用，如自学习控制、远距离诊断和自寻优等，人工智能会在DCS各级实现。和FF现场总线类似，以微处理器为基础的智能设备，如智能I/O智能PID控制、智能传感器、变送器、执行器、智能人接口及可编程调节器相继出现。3）工业PC化：由于巩组成此S成为一大趋势，PC作为DCS的操作站或节点机已经很普遍.PC—PLC、PC—S，19、Pc—Nc等就是Pc—Dcs先驱。4）专业化：DCS为更适合各相应领域的应用，就要进一步了解这个专业的工艺和应用要求，以逐步形成如核电站此S，变电钻DGS、玻璃DCS及水泥DCS等。2、数控装置的发展趋势80年代以来，为适应FMC、FMS、CAM、CIMS的发展需要，数控装置采用大规模、超大规模集成电路，提高了柔性，功能和效率。1）PC化：由于大规模集成电路制造技术的高度发展，PC硬件结构做得更小，CPU的运行速度越来越高，存储容量很大。PC机大批量生产，成本大大降低，可靠性不断提高。PC机的开放性，Windows的应用，更多的技术人员的应用和软件开发，使PC机的软件极为丰富。PC机功能已经很强，CAD/CAM的软件已大量由小型机，工作站向PC机移植，三维图形显示工艺数据已经在PC机上建立。因此，PC机已成为开发CNC系统的重要资源与途径。2）交流伺服化：交流伺服系统恒功率范围已做到1：4，速度范围可达到1：1000，基本与直流伺服相当。交流伺服体积小，价格低，可靠性高，应用越来越广泛。3）高功能的数控系统向综合自动化方向发展：为适应FMS、CIMS、无人工厂的要求，发展与机器人、自动化小车、自动诊断跟踪监视系统等的相互联合，发展控制与管理集成系统，已成为国际上数控系统的方向。4）方便使用：改善人机接口，简化编程、操作面板使用符号键，尽量采用对话方式等，以方便用户使用。5）柔性化和系统化：数控系统均采用模块结构，其功能覆盖面大，从三轴两联动的机床到多达24轴以上的柔性加工单元。6）高精度：提高加工精度，高分1辨率旋转编码器必不可少。为在超精密加工领域能实现0.O01um的精度，必须开发超高分辨率的编码器，O.0001um最小设定单位的NC装置。为在加工中即使负荷变动伺服系统的特性也保持不变，还需采用控制和鲁棒(Robust)控制。在伺服系统的控制中，用高速微处理器，采用基于现代控制论前馈控制、二自由度控制、学习控制等。其数字控制系统的跟踪误差不超过2um。7）机械智能化：它在NC领域内是一种新技术，所谓机械智能化功能，是指机械自身可补偿温度、机械负荷等引起的机械变形的功能。这就需要检测主轴负荷、主轴及机座变形的传感器和处理传感器输出信号的电路。8）诊断维修智能化：故障的诊断与维修是NC的重要技术。基于AI专家系统的故障诊断已存在，现今主要是建立用于诊断故障的数据库。把NC装置通过internet和Internet与中央计算机相连接，使其具有远距离诊断的功能。进一步的发展是预维修系统，即在故障将要发生前把将要发生故障的部件更换下来的系统，它需要通过智能传感器、高速PMC及大型数据库来实现。

6. 工业计算机和工控机有什么区别？

工业计算机和工控机叫法不同，大体相似！
1、采用符合“EIA”标准的全钢化工业机箱，增强了抗电磁干扰能力。

2、采用总线结构和模块化设计技术。CPU及各功能模块皆使用插板式结构，并带有压杆软锁定，提高了抗冲击、抗振动能力。

3、机箱内装有双风扇，正压对流排风，并装有滤尘网用以防尘。

4、配有高度可靠的工业电源，并有过压、过流保护。

5、键盘均带有锁开关，可防止非法开、关和非法键盘输入。

6、具有自诊断功能。

7、可视需要选配I/O模板。

8、设有“看门狗”定时器，在因故障死机时，无需人的干预而自动复位。

9、开放性好，兼容性好，吸收了PC机的全部功能，可直接运行PC机的各种应用软件。

10、可配置实时操作系统，便于多任务的调度和运行。

7. 工业计算机和工控机有什么区别

工控机：
工控机是供工业界使用的工业控制计算机，其基本性能及相容性与商用电脑相差无几，但工业平板电脑更多的是注重在不同环境下的稳定性，如饮料生产线控制、汽车生产线控制等等，在恶劣的环境下要求稳定，如防尘、防水、防静电等。工业平板电脑并不要求当前高效能，只求达到符合系统的要求，需符合工业环境中的可靠性要求与稳定，否则用于生产线万一遇到电脑死机，则可能造成严重损失，因此工业平板电脑所要求的标准值都必须符合严格的规范与扩充性。
工业计算机：

工业计算机是供工业界使用的工业控制计算机，其基本性能及相容性与商用电脑相差无几，但工业电脑更多的是注重在不同环境下的稳定性，其中微嵌工业平板电脑具代表性。为人机界面和生产流程控制提供了很好的解决方案。工业电脑多为行业专属规格，并非标准化产品，所以存在系统间的兼容问题。同时产品必须符合客户对工作环境的特殊需求，如温（湿）度、防水（尘）性、稳压系统、不断电系统需求等进行特殊设计、调整，因此厂商必须具备相当研发、生产、测试、行销与系统整合能力，具有一定的技术门槛。

8. 工业控制计算机的主要分类

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。