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嵌入式工控机的发展方向|北京天拓明达电子科技有限公司
      


1嵌入式工控机的发展方向


         嵌入式工控机是嵌入在工业系统内部,在工业极端环境里能够连续长期稳定可靠工作的工业型计算机。IPC虽然经过了工业化改造,但其本质上仍然不是工业弄PC,不能从根本上解决大母板水平放置、抗震动冲击能力差、非均匀散热、元器件失效率高、平均跾时间长、维护困难等问题,难以满足工业控制任务的苛刻要求。


现在工业控制机已经发生了很大的变化,过去专用的封闭式的架构迅速被PC技术的开放式架构所取代,其中最重要的原因之一就是软件的兼容性。工业控制机用户过去和现在都希望使用与所熟悉的桌面PC机相同的操作系统和开发工具,这就导致了开放式桌面PC在工业环境中的直接应用。


然而,桌面PC机技术是面向每年2000亿美元的商用机市场的,而不是相对比较小的工业计算机市场的,它不具备工业级性能:抗强震动、冲击、高温、潮湿和具有快速修复能力。由桌面PC技术衍生的ISA总线加固型计算机在工业上得到了相当广泛的应用。


虽然加固型工控机对基于大母板的桌面机进行了工业化改造,但其背板技术仍然存在许多缺点:不良的热设计、不良的连接方式、不标准的模板尺寸和有限的PCI插槽数等。虽然可维护性和可靠性得到了改进,但仍然不能满足工业控制要求。


                                             2、虚拟化技术在工控机中的应用


虚拟化是一个广义的术语,在计算机方面通常是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行。虚拟化技术可以扩大硬件的容量,简化软件的重新配置过程。CPU的虚拟化技术可以单CPU模拟多CPU并行,允许一个平台同时运行多个操作系统,并且应用程序都可以在相互独立的空间内运行而互不影响,从而显著提高计算机的工作效率。


当今虚拟化技术已经渗透到社会关键行业核心计算业务中,虚拟化的出现改变了传统的单一计算机架构,虚拟化的高可用性和快速迁移特性有效保证了关键系统的计算机业务连续,有效降低了由计算机故障导致的业务中断,将损失降到较低。虚拟化应用到工业控制当中可以有效保证工控主机的高可用性,降低由于工控主机损坏导致的业务中断。


通过虚拟化应用,可以让不同的操作系统在同一台控制主机上同时运行,如UNIX LINUX WINDOWS等众多操作系统,实现以往不可能实现的多宿主架构,在工控应用当中,可以满足多种业务系统的需要。快照功能在虚拟化环境中支持每卷创建多个快照拷贝,并将这些时间点拷贝分配给其他虚拟机。这样用户只需创建生产数据的快照拷贝并分配给专门用作测试的虚拟机,就能够创建出功能强大的测试环境了。一旦用户建立了虚拟服务器环境,用户就能够快速创建虚拟测试服务器。测试人员不仅能够在几秒钟内分配获得真实的“实时”数据,还能在整个测试过程中进行数据快照。


                                                   3、工控软件的特点


工控软件从狭义来讲即所谓工业控制软件。自从采用可编程控制器以来,工控软件就成为工业自动化密不可分的一部分,但在实际应用中控制软件并不是孤立的,而是与其它软件相集成才能发挥其应有的作用。所以,从广义来讲工控软件应该包括数据采集、人机界面、过程控制、数据库、数据通信等,其涵盖的内容也随着技术的发展不断的丰富,从单纯的控制走向与管理融为一体的工厂信息化


在不同的工业控制系统中,工控软件虽然完成的功能不同,但就其结构来说,一般具有如下特点:


实时性:工业控制系统中有些事件的发生具有随机性,要求工控软件能够及时地处理随机事件。


周期性:工控软件在完成系统的初始化工作后,随之进入主程序循环。在执行主程序过程中,如有中断申请,则在执行完相应的中断服务程序后,继续主程序循环。


相关性:工控软件由多个任务模块组成,各模块配合工作,相互关联,相互依存。


人为性:工控软件允许操作人员干预系统的运行,调整系统的工作参数。


4、国内工业软件技术需提升


工业信息化存在于工业的研发、制造、经营管理和工业装备等工业环节中,工业软件是工业领域专用的软件产品和系统,它是指在工业领域设计、生产、管理等环节应用的软件,包括系统、应用、中间件、嵌入式软件等,对传统工业的信息化、数字化改造升级具有举足轻重的作用,是两化融合的切入点和粘合剂。工业软件可以细分为研发设计软件、工业嵌入式软件、生产控制软件、经营管理软件、协同类软件等五类软件。我国工业软件发展了将近二十年,在政策的大力支持和业界的共同推动下,取得了巨大的成绩。


在高端工业软件应用领域国外工业软件仍然占据统治地位,许多关键领域的核心技术仍然信赖于发达国家。国内工业软件虽然取得巨大的发展,但由于起步较晚,企业规模较小,高端工业软件产品竞争力不足,缺乏原创性的高端工业软件技术和国际化的大公司,产品附加值较低,产业安全存在隐患。


我国工业软件面临产业、技术和应用发展的大好机遇,但也同样面临巨大的挑战。从全球范围来看,当前工业软件的产品组合已趋于成熟。国内工业软件厂商应紧紧抓住这一机遇,不断提供集成化的产品,并在功能细节方面不断改进与完善。国产工业软件凭借本土优势,已经不再局限于以前的中小企业市场,在部分高端市场可以和国外同类产品展开正面的竞争。对本土的软件企业来说,由于中国国情的不同,深入细致地了解市场需求、量身设计拥有中国特色个性化的国产工业软件的机会将很多。


 


5、保障工控系统安全可靠是当务之急


工业控制系统是指运用控制理论、仪器仪表、计算机和其他科学技术,在没有人直接参与的情况下,利用外加的或内嵌的计算机设备或装置,对过程、设备或装备的各种信息检测、采集、分析、处理、控制、优化、调度、管理和决策,并进行优化控制和合理的高度、管理,使工业生产过程、战略基础设施、军工武器装备等的工作状态或参数自动按照预定的规律运行而构成的系统。它是工业生产的灵魂,是两化融合的重要结合点。


工业控制系统现已成为工业装备和重要基础设施的核心,其安全可靠运行事关国计民生和国家安全。随着两化融合不断深入,工控系统被广泛应用于战略基础设施、军工武器装备等,且越来越多采用通用协议、硬件和软件,并与公共网络进行互连。目前,国际战争作战形态正在向电子战、信息战转变,一旦工控系统受到攻击,将会直接导致重要基础设施瘫痪,甚至引发国家经济、社会剧烈动荡和生态环境严重破坏,后果不堪设想。此外,工控系统核心技术受制于国外,高端产品拥有自主知识产权较少。

随着计算机技术、通信技术和控制技术的快速发展,传统控制领域呈现高度集成化、智能化、网络化趋势,控制系统日益复杂,亟待从国家层面整体布局以完善全生命周期的可靠性保障机制。

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