楼宇自控中关于工控机的应用

工控机简介

工控机通常是指工业用个人计算机IPC（INDUSTRIAL PC），即能够用于工业及其相关场合下的工业级的PC机，亦称为ICPC（INDUSTRIAL CONTROL WITH PC）。

与一般计算机适用场合相比，使用工控机的场合具有一定的特殊性。首先，环境通常比较恶劣，如工业现场比较容易存在粉尘、高温、潮湿、噪声、冲击、振动、各种电磁信号干扰、辐射、腐蚀，野外作业条件以及操作人员素质等环境因素；其次，要求计算机必须能长期、无故障地连续运行，一旦发生故障，能较快地修复。这种使用要求，决定了工控机完全不同于普通的商用PC机，对于工控机来说，可靠性将是最重要和首要考虑的因素。

工控机的可靠性主要由其器件的筛选和其本身的工艺设计制造决定，这其中最重要的又体现在作为主要部件的机箱和CPU主板及其相关器件上。

工控机很多抗恶劣环境的指标都是与机箱紧密相关的，因此工控机能否在恶劣环境下高可靠性地工作与机箱有很大关系。并不是任何一只铁制的看似坚固的机壳都可以成为高可靠性的工控机机箱。三维的抗振动和冲击是最基本的指标，它不只是指机箱本身，更重要的是保证机箱内部各部件能牢固结合，整体能承受外部的机械振动和冲击；防尘和散热性要求工控机机箱不是密闭的，这样有利于在高温环境和插入多种接口板的情况下可长期工作，又可保持机箱内有一定的正压，防止粉尘大量进入，因此对风扇和风流的方向要作设计考虑；机箱的电源无疑又是一个重要因素，电源必须是工业级的，不但应满足各种电源的安全标准，而且能承受工业现场电网中可能存在的波动和干扰，同时保证本身不会对电网造成干扰和影响，最好还应有自动保护功能，电源开关也要能够长期可靠地工作；从防静电、防电磁干扰等安全角度考虑，机箱的各部件之间必须有良好的导电性能，保证在运行时的同电位状态，同时整体具备良好的接地性能；在机箱与操作者人体接触的表面采用喷漆使其具有应有的绝缘性能，而与机架或机柜接触的表面，则宜采用电镀以保证导电性，为了防止长期在潮湿不良环境下表面生锈和腐蚀，机箱原材料的选v取和表面处理也显得非常重要。例如原材料应选用镀锌钢板或铝合金材料而不是普通钢板，机械加工制造和表面喷涂采用先进的设备、工艺和技术。在设计时还要考虑如在不同海拔高度工作时的气压变化，电子电器相接插部件的寿命和可靠性等。

机箱在工控机可靠性方面起着重要作用，但是作为工业用计算机，CPU主板及其相关部件的可靠性肯定是更关键的。工控机的CPU主板通常有两种形式，一种是插卡型，一种是母板型。无源底板型和有源底板型的工控机主要区别在于无源底板容易获得较短的平均修复时间（MTTR），因为更换一块插卡型的CPU主板肯定比更换一块CPU母板方便，也比更换一台机器经济。另外，采用无源底板在需要的时候比较容易在底板上插更多一些的接口卡，除此之外，其他并无本质区别。工业级的CPU主板，除了能达到一些工业安全和防电磁场辐射等标准外，允许的工作环境温度和平均无故障时间（MTBF）是两项重要指标。工业级的主板，一般应能在0°C~55°C 或60°C的温度下工作，平均无故障时间一般应超过5万小时，即至少在5年以上。CPU主板的性能指标和质量完全是由其器件的质量和生产工艺决定的，根据一般常识，在电子器件的筛选中，从数量上讲工业级的器件可能只占民用级的几分之一。国外一些着名的工控机制造厂商，通常设计生产自己品牌的一些高质量的插卡型CPU主板及无源底板，在生产过程中，对器件进行严格筛选，对工艺进行严格控制，对产品进行严格测试，由此保证工业级的要求。工控机只有采用工业级的CPU主板，才能真正保证其可靠性。

与CPU主板工作最有关联的器件是内存，像ICS这样国际着名工控机制造厂商，对其各种CPU主板采用的内存都有详尽的技术指标，以便要求内存生产厂家进行制造，并作严格测试，然后规定所用的内存型号，可见工控机的内存是不能随便选用的。事实证明，计算机的一些不确定的故障因素如异常死机和偶然出错等，除了CPU主板的问题外，很多情况是由于内存不匹配或内存及其它类似期间如高速缓存（CACHE）的原因所至。因此，内存也是保证工控机可靠性的非常重要的一环。从这个意义上说，任何随便装配的“工控兼容机”是绝对无法保证可靠性的。

实际应用

这里介绍一个工控机在楼宇自控智能系统中的应用实例。当前，国内外正兴起楼宇自动化系统（BA System）的热潮，BA系统的工程公司遍及全世界。BA系统主要采用以微型计算机为主体的分布式集散控制系统，有完善的系统软件和应用软件。BAS系统主要包括两大系统：1防火与保安系统，又分为：火灾报警与消防控制系统、人员出入监控系统、防盗报警系统等；2设备运行管理与控制系统，又分为：采暖、通风与空气调节HVAC系统、供水（冷、热、饮用水）与排水系统、变配电与自备电源系统、电力供应与照明系统、语音传呼系统。

该工程需监控的主要设备有：变压器、柴油发电机、电源进出线柜、照明箱、冷水机组、新风空调机组、排风机组、热交换器、锅炉、电梯、水泵、监视器、防火防盗报警器。楼宇自控系统就是把这些子系统结合在一起以集散式结构来监视、控制、管理，组成一套完整的自控系统，发挥其最佳效能。

该工程中，楼宇自控的设计方案是智能型集散结构，它由末端设备、现场控制器和中央控制器等装置构成的两级网络组成。主控制器和工作站安装在主楼一层中央控制室，通过一级网络接在一起。区域控制器安装在被控制设备现场，通过二级网络连接在主控制器上。传感器与执行机构安装在被控设备末端，连接在区域控制器上。用这种方式构成的两极网络所连接的集散式结构，在总线上的各现场控制器可实现点对点通信、数据传输、数据处理、信息共享功能。根据大厦结构和室内自控设备的组成，系统共设置了2千多个监控点，考虑扩展的余地，系统留有充足的接口。