一文读懂：什么是工控机
经常会有人问到，什么是工控机？工控机与电脑具体又有哪些区别？由高级工程师具体分析工控机和电脑的区别：
首先工控机与大家口中的电脑（即普通电脑）工作原理上是一样的，但在实际的应用中，两者并不能互为替代。先分别具体了解下什么是普通电脑，什么是工控机？
普通电脑
计算机（Computer）俗称电脑，是现代一种用于高速计算的电子计算机器，可以进行数值计算，又可以进行逻辑计算，还具有存储记忆功能。是能够按照程序运行，自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备。由硬件系统和软件系统所组成，没有安装任何软件的计算机称为裸机。可分为超级计算机、工业控制计算机、网络计算机、个人计算机、嵌入式计算机五类，较先进的计算机有生物计算机、光子计算机、量子计算机等。
而往往大家说的电脑即指普通电脑 (personal computer— PC) 即“个人计算机”。现在的个人计算机一词则泛指所有的个人计算机、如桌上型计算机、笔记型计算机。这就是大家所说的电脑。
什么是工控机？这个问题对某些人行业内的人来说是不用解释的，但是对于业外人士来说，总得有一个说法或定义。
工控机由三个特征定义：
工控机应用领域相对特殊，有AI智能、机器视觉、无人机、特种装备、轨道交通、新零售、工业4.0、智慧城市、汽车制造、图书馆、档案馆、智慧图书馆、轨道交通、物流、服装、制药、航空、票证、物品追踪防伪等领域。每一个领域所需求的形状因数和安装选项不尽相同。
工控机是坚固耐用的解决方案，可满足苛刻的环境要求，例如防止液体和灰尘，极端温度以及高冲击和振动等。
工控机用的工业主板
工控机是长寿命周期解决方案，可以使用多年。
工控机通俗地说就是专门为工业现场而设计的计算机，而工业现场一般具有强烈的震动，灰尘特别多，另有很高的电磁场力干扰等特点，且一般工厂均是连续作业即一年中一般没有休息。因此，工控系统与普通计算机相比必须具有以下特点:
1、机箱采用钢结构，有较高的防磁、防尘、防冲击的能力。
2、机箱内有专用底板，底板上有PCI和ISA插槽。
3、机箱内有专门的电源，电源有较强的抗干扰能力。
4、要求具有连续长时间工作的能力。
5、一般采用便于安装的标准机箱(4U标准机箱较为常见)
4U工控机
工控机（Industrial Personal Computer，IPC）即工业控制计算机，是一种采用总线结构，对生产过程及机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。工控机具有重要的计算机属性和特征，如具有计算机主板、CPU、硬盘、内存、外设及接口，并有操作系统、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。工控行业的产品和技术非常特殊，属于中间产品，是为其他各行业提供稳定、可靠、嵌入式、智能化的工业计算机。
工控机的主要类别有：IPC（PC总线工业电脑）、PLC（可编程控制系统）、DCS（分散型控制系统）、FCS（现场总线系统）及CNC（数控系统）五种。
许多工业自动化应用需要能够承受恶劣环境条件的计算机。一些例子包括防尘计算机，宽温计算机和防水计算机的要求。
选择在多尘环境中使用的计算机时，无风扇工业计算机是最佳选择。带风扇的计算机可能会因灰尘污染而失效并降低性能。带风扇的计算机吸入灰尘，这些灰尘会聚集在内部组件上并阻碍必要的气流。
无风扇工控机
当系统受到灰尘污染的影响时，其冷却能力会降低。当英特尔处理器未正确冷却时，会启动称为热量限制的内置保护机制。热量限制降低了CPU的时钟速度，以防止CPU过热，从而降低了系统的性能。如果系统在这些条件下长时间运行，则受压的内部组件会发生早期故障。Teguar的许多工业计算机都具有增强的防尘功能。这些工业计算机不仅没有风扇，而且采用独特的散热设计，压铸铝或不锈钢外壳，没有通风孔，因此不存在灰尘污染的威胁。建议将工业无风扇工控机应用于防尘环境中。
工控一体机应用
普通电脑主要是民用级的，在物理环境的要求并不是很多。工控机一般使用在环境比较恶劣的地方，对数据的安全性要求也更高，所以工控机通常会进行加固、防尘、防潮、防腐蚀、防辐射等特殊设计。
18.5工业平板一体机
主要特点：
1、工控机要求有强大的抗冲击能力，能够在各种特殊情况、特殊场合下工作。因此工控机的材质为了更适应工程车间或者各种特殊环境下工作，大部分以铝合金和钢板结构为主。
2、有些工控机要在湿度比较大的严酷环境下工作，所以工业电脑要在设计上能够适应各种温湿度环境，使它能够在温湿度较大的环境稳定的工作，然而家用电脑却做不到这一点。
3、工控机要有强大的抗干扰能力。因为工业的环境总是复杂多变了，掺杂了许多有干扰的噪音，因此要有极佳屏蔽、抗干扰能力才可以保证工业电脑稳定运行。
4、工控机必须拥有更多的工业控制协议接口种类和数量。因为工控机必须保证能与下面的工业设备连接，要具备各种接口才能保证各设备的稳定运行。
5、工控机必须拥有极强的稳定性，可以自行解决电脑程序卡死或者断电等突发状况，能够保护工业数据的有效完整，对于家用电脑来说这是不可能达到的。
搅拌站电气控制系统的设计与应用
本文介绍了一种沥青混凝土搅拌设备的自动控制系统，该系统将先进的计算机控制技术、PLC控制技术、变频调速技术、精确称量技术结合在一起，以工控机组态作为上位机进行监控，触摸屏作为人机操作界面。分析了搅拌设备的工艺流程及控制系统的功能，建立了控制系统组成结构，研究了系统硬件设计和软件设计中的主要要求及实现方法。该系统在实际应用中稳定可靠，配比精度高，操作简便、直观，取得了很好的效果。
系统的资源配置和工艺流程
沥青混凝土搅拌设备主要包括配料系统、干燥系统、燃烧系统、提升系统、振动筛、热料贮存仓、称量搅拌系统、沥青供给系统等机构。控制系统主要任务是实时调节冷骨料级配供料皮带的转速，保证热骨料储仓的粒料在要求的范围之内，通过调节燃烧器风门与油门的开度，控制干燥筒出料槽口的料温，使其在设定值的允许误差范围之内。
按配料比例及所设定的生产率计算并称量各种粒料、粉料、沥青的重量，然后放料入搅拌缸中，使其搅拌均匀，达到设定搅拌时间时，把搅拌缸中的成品料装入运料车或者通过提升机把成品料送入成品料仓储存。该设备生产工艺流程图如图1所示：
图1设备生产工艺流程图
控制系统功能和要求
该控制系统采用先进的计算机控制技术与多层网络结构+先进控制算法对生产过程进行自动控制。主要特点为采用PLC作下位机，按照工艺参数与流程要求对各种配料的称重计量、输送、搅拌、加热保温的各种泵、搅拌电机、电磁阀等开关量和温度、压力等模拟量进行监测控制，实现冷骨料供料系统的自动调节控制，干燥筒加热温度的检测与控制，各种骨料、沥青、粉料的配料称量、搅拌时间控制，成品料提升储存，沥青温度、热料储仓温度检测及生产过程中有关数据处理与打印等任务，能纪录完整的生产工艺数据，在触摸屏和计算机屏幕上显示工艺流程中各阀门、电机的运行状况，同时对各种温度超限、阀门故障、料位超限进行声光报警，并且设有“自动”和“手动”两种状态。
当现场出现故障或要对工艺进行人工干预时，可将开关转换至手动状态，对各种执行机械进行手动操作，这样技术人员可以重新设定新的参数，操作人员在现场处理紧急问题，从而达到了理想的效果。这种控制方式使设备的配料比精度和生产率有了较大的提高，大大减轻了操作人员的劳动强度，是国内沥青混凝土生产控制发展的主流方向。
系统设计和组成
系统采用一台工控机作为上位机，以可编程序控制器作为控制核心，以触摸屏作为用户人机操作界面，称重系统采用METTLER TOLEDO公司Panther系列精密称量显示仪表和称量传感器，骨料上料系统和粉料加料系统采用变频器组成闭环控制系统。
燃烧系统采用进口燃烧器，配以红外温度传感器和Pt100温度传感器，采用变频器控制风门、油门开度实现温度控制。上位机通过MPI多点接口与下位机PLC进行通讯，通过I/O输入、输出板卡与变频器、温度传感器进行通讯，对现场设备的运行进行集中监控、统一调度，实现远程控制。
PLC与触摸屏采用RS-232C通讯接口，双绞线连接。操作人员随时可以通过计算机了解现场的运行状况，进行参数设定和手动控制。同时，设备运行及系统的各种历史数据则存储在计算机的数据库中，随时可以查阅、显示和打印输出。
系统配置
(1)软件部分
微软 WINDOWS 2000操作系统；西门子WINCC V5.1组态软件；西门子softnet-S7软件；西门子S7-300编程软件STEP7；触摸屏编程软件NTST3.31C。
(2)硬件配置
P4 2.8G CPU；512M DDR内 存；64M显卡；80G硬 盘；4个USB2．0接口；17英寸CRT显示 器、掩模式工业键盘、鼠标套装；32CH光隔数据采集卡；模拟量输入、输出模块。
PLC采用德国西门子的S7-300系列CPU，选用S7-315-DP可编程控制器，内置PID模块，48K存储器，I／O能扩展到2048点，西门子CP561l通讯卡。
触摸屏选用欧姆龙NT631C-ST141B真彩液晶触摸屏。
在上料和称量系统中，粉料计量和添加采用“先称量后输送”的结构，提高了计量准确度和输送速度。粉料仓采用新粉仓和回收粉仓分离，配置两个螺旋输送器，实现新粉和回收粉按比例添加。热骨料中的每种规格骨料，均采用大小料仓分别投放，同时结合控制程序实现冲量自动跟踪修正，自动调整料仓称、放料时间，提高了热骨料的计量准确度。
沥青的称量采用双气缸控制三通旋塞阀，首先依据设定量进行第一次粗称，然后按照骨料与粉料实际投放值及预设油石比，进行二次补充沥青称量。实现实时跟踪油石比，提高沥青计量准确度和沥青混合料的配比精确度，减少了称量时间。
PLC采集现场各种开关量信号，获取设备动态信息。同时输出各种控制信号，驱动继电器动作后，控制现场各种执行元件如电磁阀、电动执行器、电动机等进行相应动作。该系统还配置了高精度模拟量输入、输出单元，可以同步采集现场各种模拟量信号，并及时准确地将各种料的称量数据信号进行实时传送控制。
PLC中内置的用户应用程序是专为设备度身订做，能够实现整个系统从运行开始、上料、点火、称量直至最后搅拌出料等一系列动作的自动连续运行。针对骨料，粉料，沥青的不同称量特点，系统还专门设计不同称量校正程序，从而能够实现各种料的动态高精度称量。
触摸屏与PLC配套设计了不同状态下的控制操作画面。在不同的操作画面中，可以通过触摸相应的按钮开关来执行相应的操作。同时，可以在画面中记录和观察各种数据和信号。如图2所示自动操作画面，当按下开始按钮后，系统开始自动循环进行从上料、称量、放料、搅拌直至出料的整个工作过程，各个过程连续进行互不影响，中间无需人干预，当达到设定的生产量后，系统自动停止。对于小的干扰波动系统会自动进行调整。
同时操作人员可以通过画面对各种信号的称量数据进行监测。如遇到紧急情况可按下急停按钮，系统立即停止自动动作，转入手动操作画面。在手动操作画面，操作员可以方便的进行各种手动操作，进行试车，配比试料，处理问题等操作，同时记录和观察各种数据和信号。参数设置画面可以方便地设置系统运行时的各项参数，配料比例，搅拌时间、次数等参数。报表画面可以自动记录每一次称量后的产量，配料比以及累积产量等数据。
图2 系统人机操作界面
该自动控制系统已在某筑路机械公司大型沥青混凝土搅拌站中配套使用，使用过程中，系统稳定可靠，配比精度高，计量精度达到骨料±0.5%，粉料±0.5%，沥青±0.3%。实现了上料、配料、出料的自动化，按照生产工艺要求完成了各种顺序控制，称量控制。在实际应用中取得了很好的效果，提高了沥青混凝土的产量和质量。
（本文选编自《电气技术》，原文标题为“搅拌站电气控制系统的设计与应用”，作者为杨聚庆、刘娇月。）
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