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教你如何选择工控机

2019-04-29 浏览量:3

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  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。我现在我们手头有一份当时宣传IBM 7532的广告词。供大家参考:

  IBM 7532 工业计算机

  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。它重点用在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

  从这些广告词也可以看出工控机和PC的在宣传的不同着眼之处。但当时的IBM工控机的机构设计方面和IBM AT/XT个人电脑基本类似,仅在防尘和外壳、硬盘保护方面做出了加强。简言之: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(BP架构),研华在1989年推出的第一台工控机也是基于这种架构。顺便说一下:随着研华为代表的台湾工控机厂商进入工控领域,原本被欧美垄断的高价工控机市场被打破。

  该架构主要有如下的优点:

  1、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,这在时间要求苛刻的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ETX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。

(图一)PICMG1.0标准

  2、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。

(图二)4U上架式机箱

  3、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,尤其面对日益严重的系统功耗问题,尤其在工控领域,整机系统中会插入多个扩展卡。对整机散热的要求更为苛刻。

  工控机系统与商用机比较的风流图如下:

(图三)4U上架机箱的散热设计  

(图四)壁挂式机箱IPC-6606的散热设计

(图五)商用PC的散热风道设计

  当然,底板加插卡的物理架构还有一些缺陷,例如,金手指处容易氧化,槽部位容易在振动的情况下松动,因此不太适应那些具有腐蚀性和振动性的环境下。对于这些情况,业界推出了基于PICMG2.0规范的CompactPCI技术,但由于价格、开发难度等因素,CompactPCI在一段时期内较难进入主流市场。因此研华针对这种情况推出的工业母板系列作为补充(后文会来探讨工业母板的市场)。

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