工业计算机控制系统优化方案

工业个人计算机（IndustryPersonalComputer，IPC）自20世纪90年代初进军工业自动化以来，正势不可挡地进入工业控制的各个领域，获得了广泛应用。

IPC实质上就是个人计算机。只是按工业现场条件与控制使用的要求，在结构与系统构成上作了改进。它既保留了个人计算机功能强、软件丰富、外设多、开放性、发展快的优点；又采取了很多隔离与保护措施，增强了硬件可靠性，并增加了种种I/O、A/D、D/A、温度、高速计数等插板及通信接口卡，以及很多远程实时控制组件，故也适用于在工业环境下，进行种种控制与数据处理。

它的问题是：性能过剩，性价比低；插板品种、规格少，不便配置；接插麻烦，也难以即插即用；体积较大，给在现场安放也带来不便。

但是，情况也在变化。过去专用的封闭式的架构迅速被PC技术的开放式架构所取代，其中最重要的原因之一就是软件的兼容性。工业控制机用户过去和现在都希望使用与所熟悉的桌面PC相同的操作系统和开发工具，这就导致了开放式桌面PC在工业环境中的直接应用。然而，桌面PC技术是面向每年2000亿美元的商用机市场的，而不是相对比较小的工业计算机市场的，它不具备工业级性能，如抗强振动、冲击、高温、潮湿和具有快速修复能力（MTTR一般小于5分钟）。由桌面PC技术衍生的ISA总线加固型计算机在工业上得到了相当广泛的应用。

另外，新一代的工业计算机的结构及系统组成已有了很大变化。结构形式也已多样化，系统组成也很灵活。除了传统的台式，增加了平板式、机箱式、框架式等。有的也是按单元组装。外形颇似大型的PLC。已一改工业PC与个人计算机相差不多的形象。

如MIC2000，是基于ISA总线的无源底板技术代替有源底板。所有单元包括CPU、硬盘、软驱、I/O、通信等，都用模块化设计，系统可任意组合。机架上的槽也可多可少（目前仅开发有8槽、11槽）。而且，一反过去工业PC由后端接线，而改为前端接线。模块是从前面抽拉，这使得模块的安装与取出变得很简单，从而可大大缩短维修时间。且用了可插拔式的端子排，与当今世界上流行的工业控制结构一致，使得接线与维护如同PLC。

它的所有模块都是四面固定的，能经受恶劣的工业环境的强烈冲击和振动。另外，而且，还备有5V、12V的直流电源，供用户使用。

据介绍，在70%的负载下，其平均无故障时间可达50000小时。可见，IPC的发展也吸取了不少PLC的特点或优点，使自身能更好地适应工业环境，更便于使用。

尽管如此，在系统不大时，IPC怎么也是难以与PLC相比的。功能过剩，价格较高总是难以避免的。为此，近年来还推出紧凑型PCI总线工控机（CompactPCI）。

Compact PCI是一种新的开放式工业计算机标准，它是PCI总线技术和成熟的欧式卡组装技术的结合。采用CompactPCI既能吸收PC机最新的技术成果，又具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。

Compact PCI最具吸引力的特点是热插拔（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。热插拔一直是电信应用的要求，也为每一个工业自动化系统所渴求。

……(www.xing528.com)

IPC可以自成控制系统。同时，它组成的系统，在管（车间、工厂管理）控（设备、生产线控制）一体化上还有其独特优势。管控一体化将更加有效地提高企业生产率，增强企业的市场竞争能力。

IPC也可成为DCS、FCS中的工程师站、操纵员站的基本设备。还可成为PLC控制系统的上位监控站。IPC的这方面应用是很可观的。对PLC讲，除了可编程终端（当然，如允许用PC，则PC更合算）有类似IPC的功能外，也是别的控制设备所无法替代的。

再就是近期出现的软件PLC，实质上就是IPC控制系统。只是引进了PLC的理念，配置了PLC一些I/O或远程模块，使用PLC的编程语言，如梯形图语言，按照PLC编程方法编程。软件PLC既可算是新型PLC，因为它确实具有PLC的种种特点；又可算是新型IPC，以为是实质上它确是IPC。

正是IPC的这些多方面应用，所以，近年来，IPC市场增长强劲。每年以20%以上的速率增长，远远超出了DCS、PLC。值得注意的是，各大PLC制造商已接受了IPC的技术路线，PLC有IPC化的趋势。不仅如此，DCS、NC也都有IPC化的趋势。PC-based控制技术也许可能将成为本世纪初自动化界的主流技术之一。

IPC蓬勃发展的还表现为：各大PLC制造厂商，如Siemens、Rockwell Automation、GEFanuc、三菱电机均推出自己品牌的IPC产品。

西门子公司于2002年3月推出SIMATIC“速溶咖啡”，是基于PC的自动化套件。它以西门子工业PC———机架式PC或面板式PC作为硬件平台，整合基于PC的控制器WinAC，人机界面软件WinCC或ProTool/Pro，编程组态工具（STEP7）和Profibus DP通信卡CP5611/5613等产品。用户可直接将套件通过Profibus DP电缆连接分布式I/O模块ET 200构成PC平台上全集成的自动化解决方案。图10-7所示即为它可能一个配置的方案。

从图10-7可知，它有相应的控制算法、数据采集与信息集成软件，可进行通信和I/O处理、运动控制、视频控制。适合于在汽车工业、食品饮料、烟草、市政环保、电力、水处理、物流仓储、半导体生产、机器人、智能楼宇、仿真教学等行业中使用。

当然，既然IPC可吸收PLC的优点或特点，PLC为什么不反过来也这么做，也吸收IPC的优点，进一步使自己完善起来呢？事实上，近年PLC在扩展存储能力，以至于也发展计算机单元、ASCII单元、硬盘单元、软驱单元等等，也正是这种趋势的体现。

图10-7 可能的配置方案