工控機(jī)和嵌入式工控機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中的核心設(shè)備之一，其應(yīng)用場(chǎng)景十分廣泛，涵蓋了工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人控制、物聯(lián)網(wǎng)、智能城市等多方面的應(yīng)用。本文將從應(yīng)用場(chǎng)景和發(fā)展歷程、性能和功耗要求、硬件和軟件設(shè)計(jì)、智能化和網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)等方面，探究工控機(jī)和嵌入式工控機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)。
一、應(yīng)用場(chǎng)景和發(fā)展歷程
工控機(jī)和嵌入式工控機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化中應(yīng)用最為廣泛，其它應(yīng)用場(chǎng)景包括醫(yī)療、航空航天、汽車(chē)工業(yè)等?？刂葡到y(tǒng)分為單片機(jī)控制和DSP控制兩種，并逐漸發(fā)展出工控計(jì)算機(jī)控制和嵌入式工控機(jī)控制兩種。其中工控機(jī)的控制范圍最大、控制靈活性最強(qiáng)、可靠性最高，是工業(yè)現(xiàn)代化自動(dòng)控制最為普遍的應(yīng)用控制方案之一。
工控機(jī)的發(fā)展歷程可以追溯到上個(gè)世紀(jì)，經(jīng)歷了傳統(tǒng)工控機(jī)、通用工控機(jī)、嵌入式工控機(jī)、ARM公司架構(gòu)工控機(jī)和定制工控機(jī)等不同發(fā)展階段。傳統(tǒng)工控機(jī)是主流的控制系統(tǒng)，通常采用Intel等CPU架構(gòu)，應(yīng)用范圍較大，風(fēng)格統(tǒng)一，缺陷是體積較大且功耗較高。通用工控機(jī)使用更高級(jí)的處理器和外設(shè)來(lái)支持繁重的運(yùn)算任務(wù)，不僅具有較高的處理能力，還具有較好的通用性和拓展性。
技術(shù)的不斷發(fā)展，在工業(yè)現(xiàn)代化的背景下，嵌入式工控機(jī)逐漸形成。嵌入式工控機(jī)以ARM微處理器為主，并且具有小巧、智能、便攜等特點(diǎn)，可應(yīng)用于狹小空間，并在無(wú)人值守的情況下長(zhǎng)時(shí)間工作。嵌入式工控機(jī)的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的發(fā)展，使工業(yè)現(xiàn)代化邁上了新臺(tái)階。
二、性能和功耗要求
工控機(jī)和嵌入式工控機(jī)在高要求的工業(yè)應(yīng)用環(huán)境中，可靠性、穩(wěn)定性和性能都是至關(guān)重要的。在工業(yè)生產(chǎn)、儀器儀表、安全監(jiān)控和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，這兩類(lèi)設(shè)備出現(xiàn)故障或運(yùn)行不穩(wěn)定都將會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)不可避免的損失。
對(duì)于性能方面要求，高效的處理能力與穩(wěn)定性方面的要求是需要簡(jiǎn)單平衡的。由于控制任務(wù)通常是實(shí)時(shí)的，需要快速響應(yīng)，同時(shí)能夠穩(wěn)定地長(zhǎng)時(shí)間工作。在處理器選型與優(yōu)化方面，需要考慮綜合性能，處理器的支持特性，穩(wěn)定性和功耗等多個(gè)因素。
功耗方面的要求也需要考慮。能夠在低功耗模式下工作，減少電力資源消耗，對(duì)于保持系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性都是非常重要的。在工控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要考慮功率的消耗和散熱的問(wèn)題，并采用合適的技術(shù)，如降低電壓，降低時(shí)鐘頻率等方式。
三、硬件和軟件設(shè)計(jì)
工控機(jī)和嵌入式工控機(jī)的硬件和軟件設(shè)計(jì)需要考慮應(yīng)用特定性和受環(huán)境影響的程度。高可靠性是硬件設(shè)計(jì)的核心要求，這涉及到電源與散熱、外設(shè)與接口、電路板設(shè)計(jì)等因素。在軟件設(shè)計(jì)方面，工控機(jī)和嵌入式工控機(jī)往往采用傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，需要定制應(yīng)用軟件并嚴(yán)格考慮穩(wěn)定性，而嵌入式中會(huì)采用裁剪后的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，同時(shí)也需要考慮應(yīng)用軟件的穩(wěn)定性和可靠性。軟件化的工業(yè)自動(dòng)化也是推動(dòng)工控機(jī)市場(chǎng)的重要因素之一。
四、智能化和網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)
智能化和網(wǎng)絡(luò)化是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的趨勢(shì)之一，也是工控機(jī)和嵌入式工控機(jī)未來(lái)的發(fā)展方向。物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和人工智能等領(lǐng)域的不斷發(fā)展，在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛。隨著工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域的互聯(lián)互通，工控機(jī)和嵌入式工控機(jī)的連接性和智能化的需求也越來(lái)越突出。
工控機(jī)和嵌入式工控機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)是多方面的，并不僅僅局限于工業(yè)自動(dòng)化。它們具有良好的穩(wěn)定性、高性能和低功耗的特點(diǎn)，應(yīng)用場(chǎng)景從物聯(lián)網(wǎng)到人工智能等領(lǐng)域均有所涵蓋。未來(lái)，工控機(jī)和嵌入式工控機(jī)也將進(jìn)一步發(fā)展智能化和網(wǎng)絡(luò)化，為工業(yè)現(xiàn)代化帶來(lái)更多的創(chuàng)新和變革。
