工控机总线技术的应用和发展
CompactPCI简称cPCI,中文又称紧凑型PCI,是世界PICMG协会于1994提出来的一种总线接口标准。它的出现处理了多年来电信系统工程师与设备制造商面临的扎手问题,将VME密集巩固的封装和大型设备的极佳冷却作用以及PC廉价、易选用最新处理才能的芯片结合在一起,确保了99.999%的高牢靠度,极大降低了硬件和软件开发本钱。现在PCI总线已成为了事实上计算机的标准总线。
CompactPCI所具有的开放性、高牢靠性、可热插拔(Hot Swap),使该技能除了能够广泛运用在通讯、网络、计算机电话整和(Computer Telephony),也适合实时系统操控(Real Time Machine Control)、工业自动化、实时数据收集(Real-Time Data Acquisition)、军事系统等需求高速运算、智能交通、航空航天、医疗器械、水利等模块化及高牢靠度、可长期运用的运用范畴。
早在1995年,香港塞德公司将具有优质、高效、低耗等优势的最新总线类产品Compact PCI面向我国商场,一起亦把美国PICMG协会的开展情况介绍到我国。我国工控界权威人士即达到共识:要跟踪高科技,坚持与世界工控产品的同步运作,必须携手联合,优势叠加,共同研发,才能促进Compact PCI在我国的开展,使Compact PCI成为我国工控界的共用资源。
一、 我国工业计算机的开展
80年代初,我国在引进、消化吸收的根底上,通过技能创新,研发成功了STD总线工业计算机。STD工控机因具有灵活的组合方法、本钱低、小板结构及广泛的兼容性等长处,自1984年国内开端从事开发和推广运用以来,被广泛地运用于钢铁冶金、石油化工、机电成套设备、医药食物、数控机床、工业炉窑等工业范畴、以及军工和科研设备中。STD工控机类型众多,包含INTEL8088/80188、80286、80386、80486和NEC公司的V20、V40、V50等CPU类型的机型,其中以选用NEC公司V40芯片设计的V40系统最具代表性,该系统于1994年被首先成功地运用于水轮发电机——变压器组继电保护、水轮发电机励磁等电气二次成套装置中。现场实际商业运转标明:STD工控系统较为安稳,但其系统结构仍存缺乏。
STD工控机的缺乏:
STD工控机板选用“金手指 ”拔插,间或形成印制板边际插头近处铜箔断裂或总线接触不良。
模仿输入丈量线和I/O信号线选用前端扁平电缆衔接使整个系统运转的牢靠性遭到潜在威胁。
原相似STD5459类型的智能A/D收集板收集速度较慢;且板上四选一模仿开关、采样坚持器软故障偶有发作。
跟着WINDOWS窗口系统的运用习气养成,用户已显着感觉到在LED方法下进行参数整定适当不方便,因为需求记忆过多的功能键。
原STD工控机因为考虑到通用性和可扩充性,形成许多系统“冗余” 、系统资源糟蹋。
在90年代往后,因为STD工控机的缺乏,以及需求满意不同运用范畴的高功能、高牢靠、高可用的经济型工业计算机的需求,STD总线的工控机逐步被淘汰。90年代选用ISA和PCI总线的IPC替代STD开端得到运用和遍及。但因为IPC的板级互连结构和机械结构的约束,引起诸多不牢靠因素,如散热不合理、抗振动和冲击才能差、电磁兼容性等,从90年代末开端,开展势头变慢,并且商场占有率开端下降,逐步退出高牢靠性范畴。
二、 CompactPCI技能
通过几年的开展,PCI总线以其优越的电功能获得了业界的一致认可。一起利用PCI总线的电功能,结合不同的机械结构,产生了各式各样的总线。
CPCI总线:将PCI总线与欧规卡的机械结构相结合,具有抗振功能好、高可用性等长处,并且能够支撑热插拔(Hot Swap)、后走线(Rear IO),现在在电信、军工、交通等范畴正在得到广泛的运用。
PXI总线:在CPCI根底上加入同步时钟、触发等量测专用总线,在丈量、操控范畴正得到越来越多的运用。
PC104 Plus总线:将PCI总线与PC104板的机械结构相结合,具有效率高、维护量少、体积小型等特点,在各种嵌入式运用中很受欢迎。
PCMCIA总线:常用于笔记本电脑。
PMC总线:配合CPCI总线在电信职业中运用。
CompactPCI技能是在PCI技能根底之上通过改造而成,具体有三个方面:
一是继续选用PCI部分总线技能;二是抛弃IPC传统机械结构,改用通过20年实践查验了的高牢靠欧洲卡结构,改善了散热条件、进步了抗振动冲击才能、符合电磁兼容性要求;三是抛弃IPC的金手指式互连方法,改用2mm密度的针孔衔接器,具有气密性、防腐性,进一步进步了牢靠性,并增加了负载才能。
通过改造的CompactPCI工业计算机适合工业现场运用。因为具有热插拔和冗余设计才能,能够构建高可用性系统,满意电信、数字通信、军事装备以及其它高牢靠范畴的要求。现在CompactPCI技能是世界最先进的工业计算机技能。
近年来,电信技能开展迅猛。CPCI架构难以满意未来几年电信范畴宽带技能的需求。因而,商场迫切需求创造新的交流技能,以满意日益增长的对具有每秒Terabits传输功能的开放式架构平台的需求。这就是新式的PICMG 3.x—AdvancedTCA技能。
在往后的5-10年,CompactPCI总线与PICMG 2.16、AdvancedTCA在彼此弥补中并存。CompactPCI总线首要面向工业自动化运用,将逐步替代VME和ICP,牢牢占据根底自动化和进程自动化层。而PICMG 2.16和AdvancedTCA将首要针对电信运用。
三、CompactPCI技能的运用
2001年11月21日,航天科技集团502所北京康拓公司研发的选用CPCI总线和AT96总线双总线结构的«APCI5000系列工控机»通过了航天科技集团安排的新产品技能成果判定。标志着我国有了自己的CompactPCI总线工控机平台。APCI5000的问世,无论是从技能上仍是经济上都能够说是恰逢其时。从技能水平上进步了我国企业进入WTO往后的商场竞争力,对传统工业晋级改造和优化工业结构,都具有十分积极的作用,对进步我国的国防实力都有十分重要的含义。
西安空军工程大学选用北京康拓公司出产的APCI5094(5x86-133MHz) CPCI总线工控机系统研发成功了进口战役机地上测验设备,并通过了总装备部、空军安排的产品判定。
我国核动力研究院设计院选用康拓公司的CPCI产品研发了"九五"要点攻关项目"核电站数字化反应堆保护系统"原理样机,并通过了我国核工业集团公司安排的判定。
浙江绍兴精工集团选用北京康拓公司出产的CPCI工控机系统研发成功了国产化先进的"喷气"纺织机。
国产化的CPCI总线工控机在国内航天范畴的《神通一号》卫星动量轮地上测验系统、《风云二号》气象卫星自旋线路系统测验设备、《东方红四号》通信卫星推动系统地上测验设备中也得到了成功运用。在这曾经,因为没有国产高功能的工控机可用,我国卫星地上测验设备根本被进口设备所垄断,如VME总线和VXI总线测验设备
国产化的CPCI总线工控机在水兵、电力、铁路、公路地道等方面现已稀有十家用户,产品现已被商场认可,并正在继续开展。
1998年,美国Marconi公司选用开放式架构CPCI工控机为美国空军F16 Fighting Falcon战役机研发了第三代测验设备IAIS(Improved Avionics Intermediate Shop)。1990年的第二代IAIS选用的是VXI。
Alta Technology选用CPCI/VME混合系统,为布置在美国西南部的导弹测验基地研发测控设备。设备收集从各种电子对抗设备(ECM)传来的数据,处理后,断定目标(如雷达)。
美国水兵正在将用于布置在China Lake和Pt. Magoo的QF4战役机上的VME总线工控机晋级为CPCI总线工控机系统,以增强电子对抗才能。
Excalibur Systems Inc.将CPCI工控机系统用在了军事运输机C-17上。
在欧美,CPCI工控机替代VME工控机,逐步运用在空防、海防和陆地军事武器和航天地上测控设备上,如SBS Technologies的CR6 CPCI工控机系统等。
在电信范畴CompactPCI/PICMG 2.16产品运用,现在首要集中在电信增值业务上,比如新一代声讯平台和虚拟运营等。华为、中兴和大唐现已选用CompactPCI/PICMG 2.16技能研发了一系列新产品,并得到了广泛的运用。
从1999年全球缺乏2000万美元的小职业,开展到2003年32亿美元,短短几年,CompactPCI技能走过了研发、出产、销售、运用、效劳的进程,现已在国内形成了完整的运转系统,并坚持着良好的开展势头,有效地推动着工业自动化、丈量自动化和信息化工业朝着面向未来的标准化、网络化、开放性方向开展。