【研讯】一文读懂工控机与上位机的区别
工控机和上位机是工业领域常见的两种设备，它们在功能、应用场景等方面存在着很大的区别。虽然工控机和上位机都属于计算机范畴，但它们的定位以及针对的需求有所不同。本文苏州研讯电子科技有限公司就来说说工控机与上位机的区别。
一、工控机与上位机的定义
工控机是专门用于工业控制系统中的计算机设备，其主要作用是对生产过程进行监控和管理。工控机通常采用嵌入式系统设计，并且具有高性能、稳定性、抗干扰能力强等特点。其应用范围广泛，包括自动化生产线控制、机器人控制、数控加工等等。
而上位机则是指一种通过计算机网络或者串口与设备连接，可进行监控、控制、采样、通信等操作的设备，通常是基于通用计算机平台开发。上位机还能够进行实时数据分析统计，发现问题并进行调整。
二、工控机与上位机的硬件配置
从硬件角度来看，工控机和上位机的差异主要表现在以下两个方面：
外形尺寸：工控机通常比上位机小，方便安装固定在设备中。它们的外形设计和预处理程序都是专门基于工业环境设计的，使其适应恶劣的环境条件。上位机则更类似于家用计算机或办公电脑，外观千差万别。
能耗及稳定性：工控机在电源噪声、震动、湿度、温度等恶劣条件下能够保持运转稳定。而上位机一般对这些因素比较敏感，长时间运行可能会出现各种稳定性问题，此外还有较高的电能消耗。
三、工控机与上位机的软件功能
控制方式不同：工控机被广泛应用于自动化及传感器方面，实时控制效果非常好。而上位机可以实现更为复杂的控制方式和算法处理，其精度和数据处理量也更高。
软件支持：工控机通常使用特殊的工控操作系统，如Windows CE、VxWorks、Embedded Linux 等。开发人员需要熟练地掌握以上系统的编程语言，在特殊环境中开发应用；而上位机所采用的通用操作系统则有很多种，例如Windows、Linux、Android等。
用户界面：与工控机相比，上位机的软件功能更为复杂，涉及到数据分析、操作指导及各种图形化显示等。在用户界面设计和使用便捷性方面，上位机要优于工控机。
四、工控机与上位机的应用场景
工控机主要被广泛应用于工业生产、汽车制造、智能交通系统、安防监控、医疗设备以及航空航天等领域中的实时控制和监测场合。而上位机则较多被应用于研发测试、数据采集处理、实时监控以及远程控制等领域。
结论
虽然工控机和上位机具有很多相似点，但是它们之间的区别很大。工控机一般专门针对工业自动化领域的控制需求，能够耐受恶劣的工业环境；而上位机可以应用在更加复杂的环境之中，其软硬件上也更通用。因此，在选择计算机设备时应根据不同的需求来选择合适的设备，以达到最佳效果。
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什么是上位机？上位机能否替代PLC实现控制？
什么是上位机？
上位机是一个广泛用于自动化控制系统的术语，它通常指的是在自动化控制系统中，用于监控和控制下位机（通常是嵌入式系统或者是PLC等）的计算机系统。上位机可以通过各种通信协议（如RS232、RS485、以太网等）与下位机进行通信，获取下位机的运行状态，发送控制命令等。上位机通常不可以单独使用。
上位机控制示意框图
在一些复杂的系统中，上位机可能还会负责数据的处理、存储和显示，以及与其他系统的交互等任务。例如，在一个工厂的自动化生产线中，上位机可能会负责监控整个生产线的运行状态、处理生产数据、与企业的ERP系统交互等。
上位机是可以直接发出操控命令的计算机，通常为工控机、PC机、触摸屏等。下位机 是直接控制设备获取设备状况的计算机，一般是PLC、单片机等，具有更可靠的独有通讯协议。上位机和下位机可以简单理解为控制与被控制的关系。上位机发出的命令首先给下位机，下位机再根据此命令解释成相应时序信号直接控制相应设备。两机采用怎样的方式通讯一般取决于下位机 ，上位机和下位机是可以转换的。
上位机能不能替代PLC实现控制？
笔者的看法是PLC作为一种典型的下位机，与上位机是相互协作的关系，上位机的存在并不是为了能替代PLC。在一个控制系统中，PLC作为控制主体，采集数据、运行程序并完成诸多控制功能。如果实在不想使用PLC，上位机也可以实现一些简单的逻辑控制。
PLC主要由三部分组成：输入输出（IO）、逻辑控制（程序）和外部接口（通信）。如果想用上位机来替代PLC，PLC的IO部分可以使用IO采集卡，PLC逻辑控制可以改成上位机代码实现，通信部分上位机本身具备，以此实现一个简单的设备控制。
通过上位机来实现设备控制虽可行但不一定是最佳方案。PLC（全称可编程逻辑控制器）主要实现逻辑控制，而上位机更多是通过通信实现上层控制，PLC的逻辑判断与控制实时性优于上位机。
上位机的功能
在常见的实际应用中，上位机通常具有以下特点：
①数据通信：上位机和下位机之间的通信通常通过各种通信协议进行，包括但不限于RS232、RS485、CAN、以太网等。这些通信协议定义了数据的传输格式、速率、校验方法等，确保数据能够准确无误地在上位机和下位机之间传输。
②数据处理：上位机接收到下位机发送的数据后，会进行必要的数据处理。这可能包括数据的解码、校验、转换、统计分析等。例如，上位机可能需要将接收到的原始数据转换为温度、压力等物理量，然后进行统计分析，以便于用户理解和使用。
通过串口屏读取PLC数据
③控制命令下发：用户在上位机界面，根据需求向下位机发送控制命令。这些命令通常是由用户通过上位机的用户界面输入的，也可能是由上位机根据某种算法自动生成的。上位机就会将这些命令编码成下位机可以理解的格式，然后通过通信协议发送给下位机。
④用户界面：上位机通常会有一个用户界面，用于显示数据和接收用户的输入。用户界面可能是一个图形界面，也可能是一个命令行界面，具体取决于系统的需求和复杂度。
⑤数据存储：上位机可以将采集到的数据存储起来，用于后续的分析和决策。
⑥系统交互：在更复杂的系统中，上位机可能还需要与其他系统进行交互，如与企业的ERP系统交互，实现生产数据的共享和管理。
上位机实际应用
根据上位机功能多样性，在许多领域和行业中都有广泛的应用，而且方方面面与我们的工作和生活紧密联系。
①工业自动化：在工业生产线中，上位机可以实时监控和控制生产过程中的各种设备，如传感器、执行器、机器人等。通过对设备的实时监控和控制，可以提高生产效率，降低生产成本，确保产品质量。
②智能交通系统：在智能交通系统中，上位机可以实时监控和控制交通信号灯、监控摄像头、道路传感器等设备，以实现交通流量的优化调度，提高道路通行效率。
③建筑自动化：在智能建筑中，上位机可以实时监控和控制空调、照明、安防等系统，以实现能源的节约和安全的管理。
④环境监测：在环境监测领域，上位机可以实时采集和处理各种环境参数，如温度、湿度、气压、污染物浓度等，以实现对环境质量的实时监控和预警。
⑤电力系统：在电力系统中，上位机可以实时监控和控制发电厂、变电站、输电线路等设备，以实现电力系统的稳定运行和优化调度。
⑥医疗设备：在医疗领域，上位机可以实时监控和控制各种医疗设备，如心电监护仪、呼吸机、输液泵等，以实现对患者生命体征的实时监测和治疗。
⑦物联网（IoT）：在物联网领域，上位机可以实时监控和控制各种智能设备，如智能家居、智能工厂、智能农业等，实现设备之间的互联互通和智能化管理。
上位机应用场景图
以上这些应用场景仅仅是上位机应用的一部分，实际上，上位机在许多其他领域和行业中也发挥着重要作用。随着科技的发展，上位机将在更多领域发挥其优势，为我们带来更多便利和价值。
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