教你如何选择工控机

 这期我们会来讨论一下工控机内部机构设计的理念。 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。 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，系统的风流图如下：  4U上架机箱的散热设计 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）。 这篇文章我们主要讨论了无源底板加插板架构（BP）的优势。主要是在维护难度时间、扩展性、散热性等三个方面。下期我们将会继续讨论研华工控机箱在散热方面的改进。