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工控机基本教程.docx

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.01M 资料格式：docx 举报 版权申诉
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    本栏论 题： 工控机基本教程一：工控机的设计分析与选择 [484] 工控机基本教程一：工控机的设计分析与选择 简介 IPC（Industry Personal Computer）简称工控机，伴随着 PC 产业 的发展，得到了长足的发展。尽管 IPC 在架构上也是基于 X86 为主，在用户 使用端和 PC 电脑产业相同，但与个人 PC 电脑产业的发展却完全是不同的道 路。 户体验 向。 PC 机的设计理念是追求更高的速度、更好的使用舒适度、更好的用 由于消费者需求的不同。PC 机又衍生出家用电脑和商用电脑两大方 对于家用电脑，是以时尚的外形、较高的显卡性能、多媒体显示性 能、丰富的扩展性能、多声道声卡等方面作为吸引消费者的卖点，有些高档 家用电脑甚至配备遥控器，时尚的音响，俨然一个家庭多媒体中心。 对于商用客户，则是通过稳重的外观、完备的售后服务、有限的扩 展性能、高速度的运算速度等来吸引商用客户采购。 工控电脑是完全不同的设计理念，工控电脑更多的是在恶劣的环境 下使用，对产品的易维护性、散热、防尘、产品周期、甚至尺寸方面都有着 严格的要求。因此在设计和选择工控机平台的时候，考虑的更多的是机构的 设计，然后才是对性能等的考虑。 下面我们将会一一论述。
    首先我们先来谈谈机构设计的理念： 1、工控机的尺寸设计 工控机在很多情况下使用是应用于某个系统之中，因此常常被放置 在某个设备之中或上架。因此对尺寸有较严格的要求。根据用户的使用情况， 分为上架式和壁挂式两种设计。 上架式：现在市场上最为常见的研华工控机 IPC－610 就是标准的 4U 高度 19 英寸上架式机箱。可以应用在标准的机柜之中。如图 1 所示： <图 1> IPC-610H 针对客户的不同需求，我们会提供 1U、2U、3U、4U、5U 和 7U 高度 的机箱。 一般来说，在 1U 或 2U 的机构设计上面。由于机箱体积有限，但 CPU 的功耗日益加大（最新的 P4CPU 功耗已超过 100W），因此内部散热风流设 计变成了厂商面临的最大问题。而机构散热设计的功力在很大程度上反映了 一个厂商的技术实力。（关于机构散热的设计我们会在后期的文章中讨论）。 对于 1U 工控机，多用于对体积要求较高的电信领域，大多配合上架 使用，工控机厂商通过 PICMG1.0 架构的 CPU 卡的体积优势，配合 1U 高度的
    蝶型底板，可支持最高 2 个 PCI 全长卡。从而满足某些要在 1U 机箱中集成 某些特殊规格卡的用户需求。 对于 4U，7U 的机构设计，由于机箱的 体积变大，在狭小机箱中面临散热因素已不是主要考虑因素。因此如何合理 的利用机箱空间在有限的空间内提供更多的驱动器托架、如何提供多个扩展 卡槽位、如何支持双 CPU 卡、如何抗振动、如何易于维护等因素变成机构设 计的主要考虑因素了（这些我们也会在后继的文章中同读者一起来探讨）。 <图 2> ACP－1000 壁挂式： 此外，由于某些设备制造商需要把控制中心（IPC）放置在其设备之 中。因此对工控机的体积有较为严格的要求。传统的上架式 19 英寸机箱体 积基本很难满足要求，因此针对此种客户需求，推出了壁挂式的机箱。例如 研华的 IPC－6606/6608 壁挂机箱系列。这类机箱由于体积小，并且应用环 境在某设备内部，因此设计理念也重在散热和扩展性能上。下图是 IPC－6806 应用在某测试平台的机柜内部状态。
    <图 3> IPC－6806 应用在某设备内部 这次我们简单讨论了工控机的尺寸上面的设计 ，工控机根据应用需 求整体上可以分为两大类上架式工控机和壁挂式工控机，后面我们将会从机 构设计的散热、抗振、防尘、易于维护、防 EMC 等角度慢慢来和大家一起探 讨工控机的独特特性 以下是关于《工控机基本教程一：工控机的设计分析与选择》论题的回复（共 4 篇） 回复人：1 明 回复时间：2010-12-25 18:46:00 支持(53) | 反对 (56) 工控机基本教程二[如何选择工控机] 上期我们讨论了工控机在体积方面的设计，由于使用方式的不同， 大致可以分为上架式和壁挂式两大类。这期我们会来讨论一下工控机内部机 构设计的理念。 早在 80 年代初期，美国 AD 公司就推出了类似 IPC 的 MAC-150 工控
    机，随后美国 IBM 公司在 85 年正式推出工业个人计算机 IBM7532。现在我 手头有一份当时宣传 IBM 7532 的广告词。供大家参考： 强力的数据处理．灵活的网络沟通， IBM 7532 工业计算机创造了神奇的自动化系统 IBM 7532 工业计算机 剪影 IBM 7532 工业计算机是针对工厂作业需求而设计的，以实现计算机 整合制造(CIM)观念为中心目标。它特重生产设备的机器间接口，强调机器 之间如何自动沟通呼应。它也讲求在工作场所的实际操作，符合在真正作业 环境中的各种相关因素。最重要的，它具有丰富功能的组合，可适应广泛的 应用层面。 它采用高速微处理机，可以发挥强力信息处理的功能；它使用智能 型通讯谐调器，可以展现实时处理 分配处理和高速数据处理的境界。不论 在那一个作业领域，由于它拥有许多通信功能的组合，均得以针对特殊需求， 构建具有多元性质的网络，沟通整条生产线。
    IBM 7532 工业计算机 特色 ．可以在差距很大的温度和湿度条件下操作。 ．具有防尘结构和磁盘保护装置。 ．有极佳防震和防电击的外壳。 ．供电装置受到避免外在噪声 和电压 频率波动的保护。 ．配置安全键锁。以防止不当操作，和保障数据安全。 ．备有系统重置开关，符合人体工学需求。 ．附有 19 英寸顶架设计，易于和其它设备结合操作。 当时的 IBM 工控机的机构设计理念和面向个人的 IBM AT/XT 个人电 脑基本类似，只是在防尘和外壳、硬盘保护方面做出了加强。其核心使用的 处理板还是 AT 结构的母板。早期的工控机就是一个质量更好的 PC。但是随 着时间的推移，工控机架构有了本质上的变化，根据用户使用环境的变化， 演变成了现在流行的底板加插卡的架构。这种架构主要有如下的优点： 维护时间减少： 随着工控机被大量用于工业现场，基于母板的系统是不灵活的，为 了修复或更新系统需要更换整个母板。更换母板需要在母板拿走之前把所有
    的插卡和电缆都拔掉。这就导致修复或更新时系统停机时间增加，这在工控 现场是不可接受的。 因此工程师们想到另外一个方法，取消母板架构，而把核心的 CPU 处理单元做在一张插卡上，其它的扩展界面则做在底板上，底板是由一些连 接器和无源器件组成的。这种结构使得系统更新和修复简单而且停机时间最 少。这种设计理念影响了整个工控机的发展。现在我们 ECG 事业群的 PC104 总线技术的嵌入式小板也和这种理念有异曲同工之妙。 研华第一款 BP 架构的产品出现在 1991 年，早期由于没有 PCI 总线， 该款产品是基于 ISA 总线的。后来 PCI 总线技术成为 PC 技术的主流时，1994 年，PICMG 组织及时在无源底板结构中导入了 PCI 技术，制定了基于 ISA/PCI 技术的 PICMG1.0 标准。
    极佳的扩展性 PICMG1.0 标准除了上文所阐述的系统更新和修复时间短的主要优点 外，还存在另外一个主要优点：具有极佳的扩展性。 工业现场使用工控机做控制核心，会接上多种扩展卡，扩展卡以早 期的 ISA 卡、主流 PCI 卡为主，比如我们研华 IAG 部门的多种采集卡和测量 卡。而视用户需求，所使用的 ISA、PCI 槽也不同。举例来说，某些传统的 数控机床厂家，为保障其早期在 ISA 技术上的投资，会采用传统的 ISA 控制 卡为主。而一些从事视频监控的厂家，由于 ISA 带宽根本无法满足苛刻的视 频带宽需要，必然要采用 PCI 视频捕捉卡，但是也许会同时选择几个 ISA 界 面的 IO 卡配合摄像头云台使用。因此用户对 ISA 和 PCI 插槽的需求多种多 样。 传统的商用母板上 PCI、ISA 数量固定，早期主板由于面积所显，一 般仅提供 3 个 PCI，3 个 ISA 槽，后来 ISA 在民用市场面临淘汰，因此诸多 商用主板厂商基于成本考量，取消 ISA 槽，或仅提供一个 ISA 槽。因此对于 工控用户的多样性，商规主板提供的槽数难免捉襟见肘。PICMG1.0 无源底 板标准最高可提供 20 槽，所提供的 ISA、PCI 数量也可根据用户需求随意调 整。 下： 优秀的散热特性 此外采用 PICMG1.0 架构也有助于整体系统的散热，系统的风流图如
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