工控機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)以及生活生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域中，日益扮演著重要的角色。相比傳統(tǒng)PC機(jī)，工控機(jī)有著更高的可靠性、穩(wěn)定性、安全性等特點(diǎn)。那么敬請(qǐng)閱讀本文，揭秘工控機(jī)內(nèi)部構(gòu)造，探究其中的硬件與軟件系統(tǒng)，以及該如何保證工控機(jī)的工作穩(wěn)定性和安全性。
一、工控機(jī)的硬件構(gòu)造是什么樣的？
工控機(jī)的硬件構(gòu)造不同于傳統(tǒng)PC機(jī)，一般是由工業(yè)主板、CPU、內(nèi)存、磁盤、擴(kuò)展槽等元器件組成，并采用了工業(yè)級(jí)的材料和技術(shù)，具有更高的可靠性和穩(wěn)定性。工控機(jī)硬件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于滿足各種極端環(huán)境下的工作要求，如溫度、濕度、振動(dòng)等。
1、工業(yè)主板
相比于普通的PC機(jī)主板，工業(yè)主板采用的是更加堅(jiān)固的設(shè)計(jì)，可以承受更多的環(huán)境壓力。例如，在一些惡劣的工業(yè)環(huán)境中，經(jīng)常會(huì)有各種強(qiáng)烈的振動(dòng)和沖擊力，工控機(jī)的主板需要有更好的抗震性能。
同時(shí)，工業(yè)主板中的擴(kuò)展槽和接口數(shù)量也更多。例如，PCI、PCIe、Mini PCIe、COM口、USB等接口都比PC機(jī)要多，更加符合生產(chǎn)設(shè)備的要求。
2、 CPU
工業(yè)級(jí)CPU一般采用INTEL、AMD等市場上知名品牌，其品質(zhì)有保障。工業(yè)系列的CPU具備更高的壽命，溫度范圍更廣，可以滿足工業(yè)場所對(duì)性能的要求。
3、內(nèi)存
通常，工控機(jī)的內(nèi)存采用的是ECC內(nèi)存儲(chǔ)存條，減少內(nèi)存異常的發(fā)生得尤為重要。ECC內(nèi)存儲(chǔ)存條采用了特殊的糾錯(cuò)碼，即可檢測到并糾正存儲(chǔ)器中的錯(cuò)誤，大大提高了內(nèi)存的可靠性。
4、 磁盤
工業(yè)級(jí)控制機(jī)磁盤的工作溫度范圍寬，可以承受相比普通計(jì)算機(jī)大得多的工況環(huán)境。工業(yè)級(jí)硬盤采用磁盤讀寫技術(shù)來提供更高的抗震性的同時(shí)，對(duì)容量與IO速度都具備很好的支持。
5、 擴(kuò)展槽
工業(yè)控制機(jī)在設(shè)計(jì)擴(kuò)展槽時(shí)，采用的是防銹、防腐蝕材料。一方面，用于擴(kuò)展傳感器、通信接口等，另一方面，也為設(shè)備調(diào)試使用提供了方便。
二、工控機(jī)的軟件系統(tǒng)包含哪些內(nèi)容？
工控機(jī)軟件通常采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，其中以windows嵌入式系統(tǒng)和Linux工業(yè)控制系統(tǒng)十分常見。嵌入式操作系統(tǒng)專注于對(duì)硬件的控制，被廣泛用于各種嵌入式設(shè)備中，而工業(yè)控制系統(tǒng)則是基于Linux二次開發(fā)的，即在Linux的基礎(chǔ)上進(jìn)行了庫文件、驅(qū)動(dòng)等拓展，從而實(shí)現(xiàn)工控機(jī)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的控制和管理。
工控機(jī)的軟件設(shè)計(jì)注重對(duì)硬件資源的協(xié)調(diào)和管理，并且需要考慮各種環(huán)境的應(yīng)用。在實(shí)時(shí)控制應(yīng)用中，要求系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間相對(duì)較短，以滿足控制任務(wù)的要求，同時(shí)還要考慮系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
因此，工控機(jī)的軟件包含以下內(nèi)容：
1、 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)
工控機(jī)采用具有硬實(shí)時(shí)性和軟實(shí)時(shí)性的操作系統(tǒng)，比如微軟Windows嵌入式系統(tǒng)、Linux工業(yè)控制系統(tǒng)。在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，每個(gè)任務(wù)具備非常高的優(yōu)先級(jí)別，采用上下文切換等多種策略來協(xié)調(diào)管理，達(dá)到快速響應(yīng)的要求。同時(shí)基于安全性考慮，完成控制工作和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫保存的實(shí)現(xiàn)。
2、 庫文件
控制系統(tǒng)需要使用各種庫文件進(jìn)行支持。這些庫主要來自于RTAI(Run Time Application Interface )和設(shè)備制造商的特殊線性控制盒庫。Linux在實(shí)時(shí)方面方面的支持逐漸成熟，越來越多的公司采用了Linux系統(tǒng)。
3、 驅(qū)動(dòng)程序
與嵌入式控制設(shè)備相連的各種卡，如輸入、輸出卡、A/D卡、D/A卡、時(shí)鐘卡等驅(qū)動(dòng)程序。這些驅(qū)動(dòng)程序是工業(yè)控制系統(tǒng)的核心組成部分，它們負(fù)責(zé)系統(tǒng)與硬件的接口交互，并協(xié)調(diào)各種控制模塊。
三、 工控機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是如何保證運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性的？
由于工控機(jī)普遍運(yùn)行于極端的環(huán)境中，因此在設(shè)計(jì)和制造工控機(jī)時(shí)，需要對(duì)機(jī)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行一些特殊的設(shè)計(jì)，以保證機(jī)器的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。
1、 防塵防水
在很多工業(yè)環(huán)境中，機(jī)器極易受到灰塵、沉積物、液體以及溫度和濕度的影響。因此，工控機(jī)通常具備IP54級(jí)別的防塵和防水功能，以確保機(jī)器在惡劣的工業(yè)環(huán)境中的長期穩(wěn)定工作。
2、 散熱設(shè)計(jì)
運(yùn)行時(shí)間越長，熱量積累越多，就會(huì)對(duì)內(nèi)部元器件造成更大的損害。因此，很多工控機(jī)都采用了多路風(fēng)扇的散熱設(shè)計(jì)，保證了機(jī)器運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。
3、 電源管理
由于電壓的不穩(wěn)定會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)的生產(chǎn)效率產(chǎn)生影響，因此，工控機(jī)內(nèi)部設(shè)計(jì)了各種電源管理模式，以保證機(jī)器的穩(wěn)定運(yùn)行。
4、 維護(hù)便利
工控機(jī)維護(hù)十分便捷，工業(yè)界PBT鉤接式隔離電纜插頭，支持在線更換CPU等組件。并且這種更換不需要工具就可以完成，可以快速，方便的更換。工業(yè)界中注重工控設(shè)備的總成本到位，因此工控機(jī)的維護(hù)容易性得以很好的保證。
四、 工控機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化中扮演著怎樣的角色？
可以說，工控機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中所扮演的角色十分重要。傳統(tǒng)的機(jī)械化、電氣化、自動(dòng)化生產(chǎn)方式，已經(jīng)越來越不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需求，工業(yè)化和技術(shù)水平日益提升，自動(dòng)化水平越來越高，所需的設(shè)備和控制系統(tǒng)也越來越復(fù)雜。工控機(jī)作為自動(dòng)化控制系統(tǒng)的核心，其本身所增加的工控卡及其擴(kuò)展組件，使工業(yè)自動(dòng)化的控制功能更具實(shí)時(shí)性、可靠性、安全性。
1、 工業(yè)自動(dòng)化
工控機(jī)可以協(xié)同PLC、DSC等工控器件，結(jié)合各種傳感器和執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化生產(chǎn)。例如，在鋼鐵廠中，工控機(jī)主要用于自動(dòng)化生產(chǎn)調(diào)度方面。
2、 醫(yī)療器械
在醫(yī)療儀器上也廣泛應(yīng)用工控機(jī)，主要用于醫(yī)療設(shè)備的控制及數(shù)據(jù)處理等需要核心的方面，負(fù)責(zé)安全控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)計(jì)算等。
3、 空氣監(jiān)測系統(tǒng)
環(huán)境污染日益嚴(yán)重，極大的增加了空氣監(jiān)測系統(tǒng)的需求，而工控機(jī)也為空氣監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)提供了很好的平臺(tái)。
總之，控制和自動(dòng)化一直是工業(yè)發(fā)展的重要組成部分，而工控機(jī)作為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的核心，其重要性不言自明。掌握工控機(jī)的硬件和軟件系統(tǒng)構(gòu)造，并靈活掌握其在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程中的應(yīng)用，將需要綜合掌握才能在工業(yè)生產(chǎn)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。
