1、刍议如何应用工控机提高智能系统稳定性摘要：工控机即工业控制计算机，是一种采用总线结构，对生产过程及机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。智能控制器是针对机电一体化系统的智能控制器件，利用工控机可使智能系统更好地适应工业现场的使用要求，提高智能系统的稳定性。本文作者分析了工控机在智能系统中的应用模式，探讨了工控机在智能系统中可行性新技术。关键词：工控机；智能系统；新技术；应用 Abstract: The IPC is an industrial control computer, is using a bus structure, general tools for detection a
2、nd control of the production process and the electrical and mechanical equipment, process equipment. Intelligent controller is an intelligent control device for mechatronic systems, intelligent system can be better adapted to the requirements of industrial site use by IPC, and enhance the stability
3、of the intelligent system. The author analyzed the mode of application of computer in the intelligent system, discusses the feasibility of the new technology of industrial control computer in intelligent systems. Key words: computer; intelligent system; new technology; application 中图分类号：P209 1 工控机的功
4、能模块 工控机的功能模板可分为系统模板、I/O 接口类模板和通信类模板三大类。 对于 STD 总线工控机来说，系统模板包括 CPU 模板、存储器模板、人机接口和系统支持模板。对于 PC 总线工控机来说，系统模板就是一体化 CPU 板。I/O 接口类模板包括开关量 I/O 模板、A/D 转换模板、D/A 转换模板、信号调理板、继电器输出板等。通信类模板包括如 RS-232C 接口板、USB 接口板、GPIB 接口板、工业局部网络接口板等。工控机的模板式结构，使用户能够根据实际需要方便地选择配置。例如：嵌入式主机板、IntelPentium 处理器、DDR 内存、支持 2 个 LAN 网卡、支持
5、LCD和 VGA 显示、支持 Audio、2 个 USB 接口等配置。选用时可查阅相关计算机公司的产品目录。在进行系统分析的基础上确定选用哪些模板来组成应用系统。主要表现在输入输出接口及相关的控制设备，配上系统软件和设计的应用软件后，系统就能实现相关的检测和控制，并具有图形显示和打印功能。 2 工控机应用系统 2.1 检测、数据处理系统和顺序控制。系统检测、数据处理系统应用工控机对生产过程的各种参数进行检测，将检测结果存储、显示或打印，绘制成表格或曲线；并能根据需要对检测的数据进行处理；当测量值超过规定值或发生其它故障时，能发出声光报警。系统结构图如图 1 所示。顺序控制系统是在工控机控制下，
6、使生产设备按照预先确定的某种顺序有规律地进行工作。 图 1 工控机检测、数据处理系统结构 2.2 直接数字控制系统直接数字控制系统即 DDC 系统，是利用工控机作为数字调节装置，直接对生产过程进行控制。系统结构图如图 2 所示。图 2 工控机 DDC 系统结构 3.3 监督控制系统监督控制系统即 SCC 系统，是根据生产现场的有关参数和状态信息，按照被控装置的数学模型和控制算法算出最佳工艺给定值，送 DDC 工控机作为控制依据。由 DDC 工控机实现 PDI 或前馈控制，直接指挥生产。也可不要 DDC，其功能由 SCC 兼管。系统结构图如图 3 所示。 图 3 工控机 SCC 系统结构 2.4
7、 分存式控制系统在生产规模大、生产过程复杂的情况平，控制系统可由多级组成，具有不同的结构形式，亦称集散控制系统。系统结构图如图 4 所示。 图 4 工控机分布式控制系统结构 3 工控机新技术 3.1 现场总线和现场总线控制系统 FCS。自动化技术正经历重大变革，我们的工作实质上是围绕这种变革进行的。由于现场总线技术的发展，新一代的现场总线控制系统 FCS 正走向实用化，这是自动化技术革新的一个重要热点，它将给自动化技术带来一次深刻的革命。FCS 的关键要点是：FCS 的基础是数字化智能化现场装置；FCS 的核心是现场总线协议，即总线标准；FCS 的本质是信息处理的现场化和网络化。 3.2 PC
8、-based 工业控制计算机。PC-based（包括嵌入式 PC）控制系统亦称 IPC，正以 20 以上的速率增长，远远超出了 FCS。这主要在于 PC机的开放性，它具有丰富的硬件资源、软件资源和人力资源，既得利于广大工程技术人员的支持，也为广大群众所熟悉。各大 FCS 制造商已接受了 IPC 的技术路线，提供丰富的开放的硬件和软件平台，价格低廉，易于与其它信息技术集成，其应用范围将迅速扩大到全部自动化领域。 3.3 管控一体化系统集成。管控一体化系统集成系统与软件，随着Internet 技术深入到企业管理和控制之中，控制系统与管理系统的结合成为必然，这使得工业自动化界渴望已久的管控一体化、工
9、业企业信息化、基于网络的自动化的目标成为可能。通过以太网和 Web 技术实现开放型分布智能系统，基于以太网和 TCP/IP 协议的技术标准，提供模块化、分布式、可重用的自动化方案。主要发展基于网络的工程化工业控制与管理软件。这样管控一体化可以使企业选择到真正符合新经济时代的最佳解决方案，从而提高企业的生产效率，增强市场竞争能力。 3.4 工业以太网。工业以太网不仅指只有物理层和链路层的Ethernet，而是指基于 internet 技术革新的以太网，即 ETHERNET TCP/UDP/IP 应用层，这里 UDP 比 TCP 协议更能满足实时性的要求。工业以太网的关键技术实时性、总线供电、远距
10、离传输等到方面取得了很大进展。基于高速以太网技术的现场总线控制设备，其研究目标是：研究应用于工业控制现场的高速以术网关键技术，包括以太网通信实时性、总线供电、本质安全、可互操作性、远距离传输、抗干扰性和可靠性等。并研究开发基于以太网技术的现场设备、网络化控制系统和相应的系统软件。以太网技术是未来控制网络的最佳解决方案，以太网一直延伸到企业现场设备控制层是控制网络发展的必然趋势。 3.5 新一代工业计算机总线 CompactPCI。前面所述 IPC 工控机是在PC 机的基础上，在机箱、结构等方面适当保留了 PCI-ISA 总线的有源底板，开发和扩充了系列工业 I/O 模板来构成。1993 年以来
11、，由于 PCI 总线的高性能、低成本、通用操作系统等到方面的优势，得到迅速的普及和发展，但是这种 PCI-ISA 底板总线的工业控制计算机也有不足，还难以用于有苛刻要求和高性能的场合。为此，主要由原来 STD 总线工控机的厂商，如 Ziatech、Pro-Log 以及 Intel 等，在 PICMG（PCI 工业计算机制造商协会）支持下，制定 PCI-ISA 总线的无源底板标准和处理器板标准，即 CompactPCI。其出发点在于改造 PCI 标准，使其成为无源底板总线的结构。CompactPCI 是一种新的开放式工业计算机标准，采用CompactPCI.既能吸收 PC 机最新的技术成果，又具
12、有满足通信和工业实时应用所必需的更坚固、更可靠、模块化、易使用、易维护的优点。其最具有吸引力的特点是热拔插（hotswap） 。这意味着一个模板能够在不切断电源的情况下从机箱内拔出或插入，依靠先进的软件，系统能够自动调整配置。CompactPCI 的热插拔实现是在结构上采用三种不同长度的引脚插针，使得模板插入或拔出时，电源和接地、PCI 总线信号、插拔启动信号按序进行；采用总线隔离装置和电源的软启动；在操作系统中要具有即插即用的功能。 3.6 嵌入式系统。嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可剪裁，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等到要求的专用计算机系统。嵌入式系
13、统是集软件、硬件于一体的高可靠性系统，固化的应用软件。硬件除 CPU 外，还有外围电路的支持。通用和嵌入式 CPU、微控制器、DSP 等已构成嵌入式系统硬件的基础。嵌入式系统的出现至今已经有 30 多年的历史，近几年来，计算机、通信、消费电子的一体化趋势日益明显，嵌入式技术已成为一个研究热点。嵌入式系统已发展到以 Internet 为导向的嵌入式系统，正在迅速发展。目前在多数嵌入式系统还孤立于 Internet 之外，但随着 Internet 的发展以及与信息家电、工业控制技术结合日益密切，两者的结合将代表嵌入式系统的未来。 4 结束语 通过集成制造技术、计算机技术与以及人工智能等技术，发展一种新型的制造技术与智能控制系统，以标准的工控机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点，更有利于国际间信息交换使世界先进制造技术共享。
