工控機簡介

工控機通常是指工業(yè)用個人計算機IPC（INDUSTRIAL PC），即能夠用于工業(yè)及其相關(guān)場合下的工業(yè)級的PC機，亦稱為ICPC（INDUSTRIAL CONTROL WITH PC）。

與一般計算機適用場合相比，使用工控機的場合具有一定的特殊性。首先，環(huán)境通常比較惡劣，如工業(yè)現(xiàn)場比較容易存在粉塵、高溫、潮濕、噪聲、沖擊、振動、各種電磁信號干擾、輻射、腐蝕，野外作業(yè)條件以及操作人員素質(zhì)等環(huán)境因素；其次，要求計算機必須能長期、無故障地連續(xù)運行，一旦發(fā)生故障，能較快地修復(fù)。這種使用要求，決定了工控機完全不同于普通的商用PC機，對于工控機來說，可靠性將是最重要和首要考慮的因素。

工控機的可靠性主要由其器件的篩選和其本身的工藝設(shè)計制造決定，這其中最重要的又體現(xiàn)在作為主要部件的機箱和CPU主板及其相關(guān)器件上。

工控機很多抗惡劣環(huán)境的指標都是與機箱緊密相關(guān)的，因此工控機能否在惡劣環(huán)境下高可靠性地工作與機箱有很大關(guān)系。并不是任何一只鐵制的看似堅固的機殼都可以成為高可靠性的工控機機箱。三維的抗振動和沖擊是最基本的指標，它不只是指機箱本身，更重要的是保證機箱內(nèi)部各部件能牢固結(jié)合，整體能承受外部的機械振動和沖擊；防塵和散熱性要求工控機機箱不是密閉的，這樣有利于在高溫環(huán)境和插入多種接口板的情況下可長期工作，又可保持機箱內(nèi)有一定的正壓，防止粉塵大量進入，因此對風扇和風流的方向要作設(shè)計考慮；機箱的電源無疑又是一個重要因素，電源必須是工業(yè)級的，不但應(yīng)滿足各種電源的安全標準，而且能承受工業(yè)現(xiàn)場電網(wǎng)中可能存在的波動和干擾，同時保證本身不會對電網(wǎng)造成干擾和影響，最好還應(yīng)有自動保護功能，電源開關(guān)也要能夠長期可靠地工作；從防靜電、防電磁干擾等安全角度考慮，機箱的各部件之間必須有良好的導(dǎo)電性能，保證在運行時的同電位狀態(tài)，同時整體具備良好的接地性能；在機箱與操作者人體接觸的表面采用噴漆使其具有應(yīng)有的絕緣性能，而與機架或機柜接觸的表面，則宜采用電鍍以保證導(dǎo)電性，為了防止長期在潮濕不良環(huán)境下表面生銹和腐蝕，機箱原材料的選v取和表面處理也顯得非常重要。例如原材料應(yīng)選用鍍鋅鋼板或鋁合金材料而不是普通鋼板，機械加工制造和表面噴涂采用先進的設(shè)備、工藝和技術(shù)。在設(shè)計時還要考慮如在不同海拔高度工作時的氣壓變化，電子電器相接插部件的壽命和可靠性等。

機箱在工控機可靠性方面起著重要作用，但是作為工業(yè)用計算機，CPU主板及其相關(guān)部件的可靠性肯定是更關(guān)鍵的。工控機的CPU主板通常有兩種形式，一種是插卡型，一種是母板型。無源底板型和有源底板型的工控機主要區(qū)別在于無源底板容易獲得較短的平均修復(fù)時間（MTTR），因為更換一塊插卡型的CPU主板肯定比更換一塊CPU母板方便，也比更換一臺機器經(jīng)濟。另外，采用無源底板在需要的時候比較容易在底板上插更多一些的接口卡，除此之外，其他并無本質(zhì)區(qū)別。工業(yè)級的CPU主板，除了能達到一些工業(yè)安全和防電磁場輻射等標準外，允許的工作環(huán)境溫度和平均無故障時間（MTBF）是兩項重要指標。工業(yè)級的主板，一般應(yīng)能在0°C~55°C 或60°C的溫度下工作，平均無故障時間一般應(yīng)超過5萬小時，即至少在5年以上。CPU主板的性能指標和質(zhì)量完全是由其器件的質(zhì)量和生產(chǎn)工藝決定的，根據(jù)一般常識，在電子器件的篩選中，從數(shù)量上講工業(yè)級的器件可能只占民用級的幾分之一。國外一些著名的工控機制造廠商，通常設(shè)計生產(chǎn)自己品牌的一些高質(zhì)量的插卡型CPU主板及無源底板，在生產(chǎn)過程中，對器件進行嚴格篩選，對工藝進行嚴格控制，對產(chǎn)品進行嚴格測試，由此保證工業(yè)級的要求。工控機只有采用工業(yè)級的CPU主板，才能真正保證其可靠性。

與CPU主板工作最有關(guān)聯(lián)的器件是內(nèi)存，像ICS這樣國際著名工控機制造廠商，對其各種CPU主板采用的內(nèi)存都有詳盡的技術(shù)指標，以便要求內(nèi)存生產(chǎn)廠家進行制造，并作嚴格測試，然后規(guī)定所用的內(nèi)存型號，可見工控機的內(nèi)存是不能隨便選用的。事實證明，計算機的一些不確定的故障因素如異常死機和偶然出錯等，除了CPU主板的問題外，很多情況是由于內(nèi)存不匹配或內(nèi)存及其它類似期間如高速緩存（CACHE）的原因所至。因此，內(nèi)存也是保證工控機可靠性的非常重要的一環(huán)。從這個意義上說，任何隨便裝配的“工控兼容機”是絕對無法保證可靠性的。

實際應(yīng)用

這里介紹一個工控機在樓宇自控智能系統(tǒng)中的應(yīng)用實例。當前，國內(nèi)外正興起樓宇自動化系統(tǒng)（BA System）的熱潮，BA系統(tǒng)的工程公司遍及全世界。BA系統(tǒng)主要采用以微型計算機為主體的分布式集散控制系統(tǒng)，有完善的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。BAS系統(tǒng)主要包括兩大系統(tǒng)：1防火與保安系統(tǒng)，又分為：火災(zāi)報警與消防控制系統(tǒng)、人員出入監(jiān)控系統(tǒng)、防盜報警系統(tǒng)等；2設(shè)備運行管理與控制系統(tǒng)，又分為：采暖、通風與空氣調(diào)節(jié)HVAC系統(tǒng)、供水（冷、熱、飲用水）與排水系統(tǒng)、變配電與自備電源系統(tǒng)、電力供應(yīng)與照明系統(tǒng)、語音傳呼系統(tǒng)。

該工程需監(jiān)控的主要設(shè)備有：變壓器、柴油發(fā)電機、電源進出線柜、照明箱、冷水機組、新風空調(diào)機組、排風機組、熱交換器、鍋爐、電梯、水泵、監(jiān)視器、防火防盜報警器。樓宇自控系統(tǒng)就是把這些子系統(tǒng)結(jié)合在一起以集散式結(jié)構(gòu)來監(jiān)視、控制、管理，組成一套完整的自控系統(tǒng)，發(fā)揮其最佳效能。

該工程中，樓宇自控的設(shè)計方案是智能型集散結(jié)構(gòu)，它由末端設(shè)備、現(xiàn)場控制器和中央控制器等裝置構(gòu)成的兩級網(wǎng)絡(luò)組成。主控制器和工作站安裝在主樓一層中央控制室，通過一級網(wǎng)絡(luò)接在一起。區(qū)域控制器安裝在被控制設(shè)備現(xiàn)場，通過二級網(wǎng)絡(luò)連接在主控制器上。傳感器與執(zhí)行機構(gòu)安裝在被控設(shè)備末端，連接在區(qū)域控制器上。用這種方式構(gòu)成的兩極網(wǎng)絡(luò)所連接的集散式結(jié)構(gòu)，在總線上的各現(xiàn)場控制器可實現(xiàn)點對點通信、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、信息共享功能。根據(jù)大廈結(jié)構(gòu)和室內(nèi)自控設(shè)備的組成，系統(tǒng)共設(shè)置了2千多個監(jiān)控點，考慮擴展的余地，系統(tǒng)留有充足的接口。