工控机

       工控机形状一般为方形，通过各种接口与机电设备进行连接，可对机电设备的运行状态进行监测与控制。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。工控机经常会在环境比较恶劣的环境下运行，对数据的安全性要求也更高，所以工控机通常会进行加固、防尘、防潮、防腐蚀、防辐射等特殊设计。

主要特点

　　工控机通俗的说就是专门为工业现场而设计的计算机，而工业现场一般具有强烈的震动，灰尘特别多，另有很高的电磁场力干扰等特点，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必须具有以下特点：

　　1） 机箱采用钢结构，有较高的防磁、防尘、防冲击的能力。

　　2） 机箱内有专用底板，底板上有PCI和ISA插槽。

　　3） 机箱内有专门电源，电源有较强的抗干扰能力。

　　4） 要求具有连续长时间工作能力。

　　5) 一般采用便于安装的标准机箱（4U标准机箱较为常见）

　　注：除了以上的特点外，其余基本相同。另外，由于以上的专业特点，同层次的工控机在价格上要比普通计算机偏贵，但一般不会相差太多。

目前工控机的劣势

　　尽管工控机与普通的商用计算机机相比，具有得天独厚的优势，但其劣势也是非常明显的--数据处理能力差，具体如下：

　　1) 配置硬盘容量小；

　　2) 数据安全性低；

　　3) 存储选择性小；

　　4）价格较高。

主要结构

1、全钢机箱

　　IPC的全钢机箱是按标准设计的，抗冲击、抗振动、抗电磁干扰，内部可安装同PC-bus兼容的无源底板。

2、无源底板

　　无源底板的插槽由总线扩展槽组成。总线扩展槽可依据用户的实际应用选用扩展ISA总线、PCI总线和PCI-E总线、PCIMG总线的多个插槽组成，扩展插槽的数量和位置根据需要有一定选择，但依据不同PCIMG总线规范版本各种总线在组合搭配上有要求，如PCIMG1.3版本总线不提供ISA总线支持，该板为四层结构，中间两层分别为地层和电源层，这种结构方式可以减弱板上逻辑信号的相互干扰和降低电源阻抗。底板可插接各种板卡，包括CPU卡、显示卡、控制卡、I/O卡等。

3、工业电源

　　早期在以Intel 奔腾处理器为主的之前的工控机主要使用为AT开关电源，目前与PC机一样主要采用的是ATX电源，平均无故障运行时间达到250，000小时。

4、CPU卡

　　IPC的CPU卡有多种，根据尺寸可分为长卡和半长卡，多采用的是桌面式系统处理器，如早期的有386\486\586\PIII，现主流为P4、酷睿双核等处理器，主板用户可视自己的需要任意选配。其主要特点是：工作温度0-60℃；带有硬件“看门狗”计时器；

　　也要部份要求低功耗的CPU卡采用的嵌入式系列的CPU。

5、其他配件

　　IPC的其他配件基本上都与PC机兼容，主要有CPU、内存、显卡、硬盘、软驱、键盘、鼠标、光驱、显示器等。

　　国内生产工控机的厂家有研祥、华北工控、华北科技、研华、B+F深圳佰福，艾雷斯等。国外的工控机西门子的很出名。工控机箱标准长度为19英寸，高度为4U。

6、适用领域

　　目前，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。

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。

主要分类

　　目前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统计目前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。

3、分散型控制系统（DCS）

　　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。

　　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。目前，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。

日常维护

　　工控机的日常使用维护目前在很多场合使用工控机，但真正能把工控机转得很好的也不是很多。经常看到有些人忙活了半天，还是不能把机器故障排除，而有些人用起来则得心应手。这区别即源自用户对工控机的正确管理和维护。工控机是为了适应特殊、恶劣环境下工作的一种工业计算机，它的电源、机箱、主板都是为了能适应长时间不间断运行而设计的。为了更好地使用它，让它始终保持良好的工作性能，在日常使用中必须对它进行必要、合理的维护。

　　首先，要给工控机一个平稳的工作环境。如当机器对磁盘或硬盘进行读写操作时出现震动，驱动器会严重磨损或导致硬盘损坏。如果要靠墙放置，距离墙壁至少应有的间隙，以保证散热良好，否则，会导致元器件加速老化。具体要做好以下几点：

1、机箱

　　机箱中包括工控电源、无源底板、风扇。工控电源：它是为N小时不间断开机服务的，

　　所以它的性能较好，主要需注意的是尽量减少灰尘的进入，防止灰尘影响风扇的运行。防止瞬时断电，瞬时断电又突然来电往往会产生一个瞬间极高的电压，很可能“烧”坏电脑，电压的波动（过低或过高）也会对电脑造成损伤。因此，应尽量配备电源。另外，还应防静电、防雷击。

　　无源底板：它是为各种板卡包括,)( 卡、显卡、声卡、网卡等）提供电源的，它的日常维护要注意三点：不能在底板带电的情况下拨插板卡，插拨板卡时不可用力过猛，过大，用酒精等清洗底板时，要注意防止工具划伤底板。插槽内不能积灰尘，否则会导致接触不良，甚至短路。插槽内的金属脚是否对齐,有无弯曲，否则影响板卡在系统中的运行，会因此出现开机不显示、板卡找不到、死机等各种现象。风扇：工控箱内风扇是专门为工控机设计的，它是向机箱内吹风，降低机箱内温度。它要注意的是：电源是否接到插头上，风扇外部的过滤网要定时清洗（每月一次），以防过多的灰尘进入机箱，禁止尖锐物品损坏风扇页片。

2、主板

　　工控机主板是专为在高、低温特殊环境中，长时间运行而设计的，它在运用中所要注意的是：不能带电插拨（内存条，板卡后面的鼠标、键盘等），带电插拨会导致插孔损坏，不能用，严重的甚至会使主板损坏。主板上的跳线不能随便跳，要查看说明书或用户手册，否则会由于不同型号主板的电压设置不同而导致损坏。对主板的灰尘应定时清洁，不能用酒精或水，应用干刷子、吸尘器或皮老虎把灰尘吸完或吹掉。保持主板上内存扦槽的干净，无断脚、歪脚。主板下插入无源底板中的金手指要干净，在底板上要插紧、插到位。

3、硬盘、光驱、软驱

　　硬盘：不要随意拆卸硬盘,避免振动、挤压。尽量不要在硬盘运行时关闭计算机电源，这样突然关机会导致硬盘磁道损坏，数据丢失。不要随意触动硬盘上的跳线装置。搬运时一定要用抗静电塑料袋包装或用海绵等防震压材料固定好，经常检查病毒，以防侵蚀。在操作系统中有节能功能时要尽量合理使用，以延长硬盘使用寿命。

　　光驱：在使用中不要随意打开光驱门，不能使用有损伤、盗版光碟，防止灰尘进入光驱内，光驱在使用过程中不要震动，歪曲，拍打。数据线要连接通畅，保证光驱读盘顺利。

　　软驱：不能把坏盘、有毒盘放入软驱中，勿使用劣质和发霉的软盘，匆用尖锐的物品碰撞以防划伤磁头。当软驱正在对磁盘进行读写操作时（软驱指示灯亮），不要强行将磁盘取出，以防损伤磁头或使磁头偏移，导致无法正常读写。

4、各种板卡

　　板卡所要注意的就是防尘，插脚要完好，板卡竖直插入不能歪曲，并且板卡外插孔上的连接件不能带电拨插。

与电脑主机区别

　　工控机（全称工业控制计算机，Industrial Personal Computer, IPC）与电脑主机在多个方面存在显著差异，这些差异主要体现在设计目的、硬件配置、运行环境、软件系统、价格与维护成本等方面。以下是对这些差异的详细分析：

一、设计目的与用途

　　工控机：专为工业生产环境和应用设计，是工业自动化控制系统的核心组件。它旨在提高工业自动化的可靠性、效率、安全性和降低成本。工控机广泛应用于电力、交通、制造、医疗等多个领域，如自动化生产流线、工业机器人、智能电网、交通信号控制系统等。

　　电脑主机：主要用于家用或办公环境，满足日常办公、娱乐、学习等需求。它设计用于室内环境，对环境适应性相对较弱，功能更加通用和多样。

二、硬件配置

　　工控机：通常采用工业级主板、处理器和内存等部件，这些部件具有更高的可靠性和稳定性，能够适应恶劣的工业环境。工控机往往还配备了多种扩展接口，以便连接各种工业设备。此外，工控机通常采用全封闭式结构和精密的散热系统，以保证其能耐高温、高湿和灰尘等环境。

　　电脑主机：配置相对灵活，可以根据用户需求进行升级和扩展。它更注重性能和用户体验，硬件选择更偏向于消费级产品。

三、运行环境

　　工控机：需要在高温、低温、潮湿、震动等恶劣环境下运行，因此对散热、防尘、抗震等性能要求较高。

　　电脑主机：主要在室内环境中使用，对运行环境的要求相对较低。

四、软件系统

　　工控机：通常运行专门为其设计的操作系统和应用软件，这些软件具有实时性、稳定性和安全性等特点，能够满足工业控制的需求。例如，工控机常采用嵌入式操作系统如Windows Embedded、Linux等。

　　电脑主机：主要运行通用的操作系统和各类应用软件，以满足日常办公和娱乐的需求。常见的操作系统包括Windows、macOS和Linux等。

五、价格与维护成本

　　工控机：由于其在硬件配置、运行环境等方面的特殊要求，价格通常高于普通电脑主机。同时，由于工控机在工业现场的应用环境复杂多变，其维护成本也相对较高。

　　电脑主机：因其普及度高、配件丰富等原因，价格和维护成本相对较低。

　　综上所述，工控机与电脑主机在设计目的、硬件配置、运行环境、软件系统以及价格与维护成本等方面均存在显著差异。在选择使用哪种设备时，应根据实际需求和应用场景进行综合考虑，以确保设备的稳定性和高效性。

用途与介绍

　　工控机（Industrial Control Computer，IPC），全称为工业控制计算机，是一种专门用于工业控制和自动化领域的计算机设备。以下是对工控机的详细介绍及其用途的阐述：

工控机的介绍

1、硬件特点：

　　高可靠性：工控机采用工业级硬件组件，如工业级主板、固态硬盘等，以确保在恶劣的工业环境中长时间稳定运行。它们具有较高的可靠性和抗干扰能力。

　　强大的计算能力：搭载高性能的处理器和大容量的内存，以支持复杂的控制算法和逻辑运算，确保快速的数据处理和响应能力。

　　多种接口和扩展性：具有多种接口，如串口、并口、USB、以太网等，并支持各种通信协议和总线标准。此外，工控机还具有较强的扩展性，可以通过插槽或扩展卡添加额外的功能和接口。

　　工业级外观和防护：通常采用坚固耐用的金属外壳，具有良好的散热和防尘防水性能。它们还具有防震、抗振动和抗电磁干扰的能力，以适应各种恶劣的工业环境。

2、工作原理：

　　工控机通过与各种传感器和执行器连接，获取生产过程中的各种参数和信号。

　　通过输入输出模块对这些参数和信号进行采集和处理，转化为计算机能够理解和处理的数据格式。

　　根据预先设定的控制策略和算法，对采集到的数据进行处理和分析，并生成相应的控制指令。

　　通过输出模块将控制指令发送给执行器，实现对生产过程的控制。同时，工控机还可以将处理后的数据保存到数据库中，用于生产过程的分析和优化。

工控机的用途

1、工业自动化控制：

　　工控机在工业自动化控制系统中扮演着核心角色。它们能够连接并控制各种传感器、执行器、机器人等工业设备，实现生产线的智能化、自动化运行。在大型制造企业中，工控机被广泛应用于自动化流水线、机床控制、物流设备控制等场景。

　　例如，在汽车制造、电子制造等行业中，工控机通过集成化的控制系统，实现了生产线的自动化管理和精准控制，大幅降低了人为错误，提高了生产线的整体效能。

2、数据采集与处理：

　　工控机能够实时采集生产线上的各种数据，如温度、湿度、压力、流量等，并进行存储、分析和处理。这些数据对于生产过程的监控、分析以及后续的质量追溯至关重要。

　　通过工控机的处理，企业可以及时发现生产中的问题，优化生产流程，提高资源利用率。此外，工控机还支持多种通讯方式，如串口、以太网、CAN总线等，可以实现远程数据传输和监控，进一步提升了数据处理的便捷性和高效性。

3、通讯控制与远程管理：

　　工控机在通讯控制方面也具有显著优势。它们可以通过多种通讯方式实现与其他设备的互联互通，实现远程控制和数据传输。这使得工控机在远程监控、故障诊断和远程维护等方面具有显著优势。

　　企业可以通过工控机对生产线进行远程监控和管理，及时发现并解决问题，减少停机时间，提高生产效率。同时，工控机还支持远程升级和维护功能，降低了维护成本和难度。

4、图像处理与机器视觉：

　　随着机器视觉技术的不断发展，工控机在图像处理领域的应用也日益广泛。通过连接图像传感器和处理器，工控机可以高效地处理和分析图像数据，为工业自动化提供视觉支持。

　　例如，在智能制造领域，工控机可以应用于视觉检测和分析系统，实现对产品外观、尺寸等参数的精准检测。这不仅提高了检测的准确性和效率，还降低了人工检测的成本和劳动强度。

5、其他领域：

　　工控机还广泛应用于交通运输、能源与环保、医疗保健、安防监控等多个领域。可以说，只要有数据处理、实时控制和通信需求的地方，就有可能用到工控机。

　　在医疗设备领域，工控机被广泛应用于高端医疗设备的自动化控制中。如X光机、CT扫描仪、MRI等设备，工控机不仅承担图像处理、数据分析等任务，还为医生提供了准确的诊断依据。同时，工控机还能实现医疗设备的远程监控和精准控制，提高了医疗设备的操作便捷性和使用安全性。

　　在安防监控领域，工控机则是安防监控系统、智能门禁系统以及智能化安防检测设备等的重要组成部分。通过实时监控和数据分析，工控机能够预防潜在的安全风险并保障公共安全。例如，在大型公共场所或重要设施的安全监控系统中，工控机处理视频流数据，进行人脸识别、行为分析等高级应用，显著增强了安全防护能力。

　　综上所述，工控机以其高度的稳定性、可靠性和安全性在工业自动化、数据采集与处理、通讯控制、图像处理以及多领域应用中发挥着重要作用。随着工业自动化和数字化转型的深入发展，工控机的应用前景将更加广阔。