樓宇自控中關(guān)于工控機(jī)的應(yīng)用

工控機(jī)簡介

工控機(jī)通常是指工業(yè)用個人計算機(jī)IPC（INDUSTRIAL PC），即能夠用于工業(yè)及其相關(guān)場合下的工業(yè)級的PC機(jī)，亦稱為ICPC（INDUSTRIAL CONTROL WITH PC）。

與一般計算機(jī)適用場合相比，使用工控機(jī)的場合具有一定的特殊性。首先，環(huán)境通常比較惡劣，如工業(yè)現(xiàn)場比較容易存在粉塵、高溫、潮濕、噪聲、沖擊、振動、各種電磁信號干擾、輻射、腐蝕，野外作業(yè)條件以及操作人員素質(zhì)等環(huán)境因素；其次，要求計算機(jī)必須能長期、無故障地連續(xù)運行，一旦發(fā)生故障，能較快地修復(fù)。這種使用要求，決定了工控機(jī)完全不同于普通的商用PC機(jī)，對于工控機(jī)來說，可靠性將是最重要和首要考慮的因素。

工控機(jī)的可靠性主要由其器件的篩選和其本身的工藝設(shè)計制造決定，這其中最重要的又體現(xiàn)在作為主要部件的機(jī)箱和CPU主板及其相關(guān)器件上。

工控機(jī)很多抗惡劣環(huán)境的指標(biāo)都是與機(jī)箱緊密相關(guān)的，因此工控機(jī)能否在惡劣環(huán)境下高可靠性地工作與機(jī)箱有很大關(guān)系。并不是任何一只鐵制的看似堅固的機(jī)殼都可以成為高可靠性的工控機(jī)機(jī)箱。三維的抗振動和沖擊是最基本的指標(biāo)，它不只是指機(jī)箱本身，更重要的是保證機(jī)箱內(nèi)部各部件能牢固結(jié)合，整體能承受外部的機(jī)械振動和沖擊；防塵和散熱性要求工控機(jī)機(jī)箱不是密閉的，這樣有利于在高溫環(huán)境和插入多種接口板的情況下可長期工作，又可保持機(jī)箱內(nèi)有一定的正壓，防止粉塵大量進(jìn)入，因此對風(fēng)扇和風(fēng)流的方向要作設(shè)計考慮；機(jī)箱的電源無疑又是一個重要因素，電源必須是工業(yè)級的，不但應(yīng)滿足各種電源的安全標(biāo)準(zhǔn)，而且能承受工業(yè)現(xiàn)場電網(wǎng)中可能存在的波動和干擾，同時保證本身不會對電網(wǎng)造成干擾和影響，最好還應(yīng)有自動保護(hù)功能，電源開關(guān)也要能夠長期可靠地工作；從防靜電、防電磁干擾等安全角度考慮，機(jī)箱的各部件之間必須有良好的導(dǎo)電性能，保證在運行時的同電位狀態(tài)，同時整體具備良好的接地性能；在機(jī)箱與操作者人體接觸的表面采用噴漆使其具有應(yīng)有的絕緣性能，而與機(jī)架或機(jī)柜接觸的表面，則宜采用電鍍以保證導(dǎo)電性，為了防止長期在潮濕不良環(huán)境下表面生銹和腐蝕，機(jī)箱原材料的選v取和表面處理也顯得非常重要。例如原材料應(yīng)選用鍍鋅鋼板或鋁合金材料而不是普通鋼板，機(jī)械加工制造和表面噴涂采用先進(jìn)的設(shè)備、工藝和技術(shù)。在設(shè)計時還要考慮如在不同海拔高度工作時的氣壓變化，電子電器相接插部件的壽命和可靠性等。

機(jī)箱在工控機(jī)可靠性方面起著重要作用，但是作為工業(yè)用計算機(jī)，CPU主板及其相關(guān)部件的可靠性肯定是更關(guān)鍵的。工控機(jī)的CPU主板通常有兩種形式，一種是插卡型，一種是母板型。無源底板型和有源底板型的工控機(jī)主要區(qū)別在于無源底板容易獲得較短的平均修復(fù)時間（MTTR），因為更換一塊插卡型的CPU主板肯定比更換一塊CPU母板方便，也比更換一臺機(jī)器經(jīng)濟(jì)。另外，采用無源底板在需要的時候比較容易在底板上插更多一些的接口卡，除此之外，其他并無本質(zhì)區(qū)別。工業(yè)級的CPU主板，除了能達(dá)到一些工業(yè)安全和防電磁場輻射等標(biāo)準(zhǔn)外，允許的工作環(huán)境溫度和平均無故障時間（MTBF）是兩項重要指標(biāo)。工業(yè)級的主板，一般應(yīng)能在0°C~55°C 或60°C的溫度下工作，平均無故障時間一般應(yīng)超過5萬小時，即至少在5年以上。CPU主板的性能指標(biāo)和質(zhì)量完全是由其器件的質(zhì)量和生產(chǎn)工藝決定的，根據(jù)一般常識，在電子器件的篩選中，從數(shù)量上講工業(yè)級的器件可能只占民用級的幾分之一。國外一些著名的工控機(jī)制造廠商，通常設(shè)計生產(chǎn)自己品牌的一些高質(zhì)量的插卡型CPU主板及無源底板，在生產(chǎn)過程中，對器件進(jìn)行嚴(yán)格篩選，對工藝進(jìn)行嚴(yán)格控制，對產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格測試，由此保證工業(yè)級的要求。工控機(jī)只有采用工業(yè)級的CPU主板，才能真正保證其可靠性。

與CPU主板工作最有關(guān)聯(lián)的器件是內(nèi)存，像ICS這樣國際著名工控機(jī)制造廠商，對其各種CPU主板采用的內(nèi)存都有詳盡的技術(shù)指標(biāo)，以便要求內(nèi)存生產(chǎn)廠家進(jìn)行制造，并作嚴(yán)格測試，然后規(guī)定所用的內(nèi)存型號，可見工控機(jī)的內(nèi)存是不能隨便選用的。事實證明，計算機(jī)的一些不確定的故障因素如異常死機(jī)和偶然出錯等，除了CPU主板的問題外，很多情況是由于內(nèi)存不匹配或內(nèi)存及其它類似期間如高速緩存（CACHE）的原因所至。因此，內(nèi)存也是保證工控機(jī)可靠性的非常重要的一環(huán)。從這個意義上說，任何隨便裝配的“工控兼容機(jī)”是絕對無法保證可靠性的。

實際應(yīng)用

這里介紹一個工控機(jī)在樓宇自控智能系統(tǒng)中的應(yīng)用實例。當(dāng)前，國內(nèi)外正興起樓宇自動化系統(tǒng)（BA System）的熱潮，BA系統(tǒng)的工程公司遍及全世界。BA系統(tǒng)主要采用以微型計算機(jī)為主體的分布式集散控制系統(tǒng)，有完善的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。BAS系統(tǒng)主要包括兩大系統(tǒng)：1防火與保安系統(tǒng)，又分為：火災(zāi)報警與消防控制系統(tǒng)、人員出入監(jiān)控系統(tǒng)、防盜報警系統(tǒng)等；2設(shè)備運行管理與控制系統(tǒng)，又分為：采暖、通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)HVAC系統(tǒng)、供水（冷、熱、飲用水）與排水系統(tǒng)、變配電與自備電源系統(tǒng)、電力供應(yīng)與照明系統(tǒng)、語音傳呼系統(tǒng)。

該工程需監(jiān)控的主要設(shè)備有：變壓器、柴油發(fā)電機(jī)、電源進(jìn)出線柜、照明箱、冷水機(jī)組、新風(fēng)空調(diào)機(jī)組、排風(fēng)機(jī)組、熱交換器、鍋爐、電梯、水泵、監(jiān)視器、防火防盜報警器。樓宇自控系統(tǒng)就是把這些子系統(tǒng)結(jié)合在一起以集散式結(jié)構(gòu)來監(jiān)視、控制、管理，組成一套完整的自控系統(tǒng)，發(fā)揮其最佳效能。

該工程中，樓宇自控的設(shè)計方案是智能型集散結(jié)構(gòu)，它由末端設(shè)備、現(xiàn)場控制器和中央控制器等裝置構(gòu)成的兩級網(wǎng)絡(luò)組成。主控制器和工作站安裝在主樓一層中央控制室，通過一級網(wǎng)絡(luò)接在一起。區(qū)域控制器安裝在被控制設(shè)備現(xiàn)場，通過二級網(wǎng)絡(luò)連接在主控制器上。傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝在被控設(shè)備末端，連接在區(qū)域控制器上。用這種方式構(gòu)成的兩極網(wǎng)絡(luò)所連接的集散式結(jié)構(gòu)，在總線上的各現(xiàn)場控制器可實現(xiàn)點對點通信、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、信息共享功能。根據(jù)大廈結(jié)構(gòu)和室內(nèi)自控設(shè)備的組成，系統(tǒng)共設(shè)置了2千多個監(jiān)控點，考慮擴(kuò)展的余地，系統(tǒng)留有充足的接口。