IPC：新形势，新选择

来源：Controldesign The nature and definition of PCs has evolved to the point they’re often unrecognizable from PCs of old, which makes it even more important for users to take care in selecting and implementing them. PC的性质和定义已发展到以前的PC无法想像的地步，用户在选择和使用时更需谨慎。 工业PC是什么？目前更好的问题可能是：什么不是工业PC？在过去几十年里，随着计算机及其软件应用到制造业并进而进入工厂工作区，计算机的样式发生了变化以保护较脆弱的组件，主要是硬盘、风扇和其他的可动部件或附件。 因此这些台式机和笔记本电脑被封装起来以隔绝热、冷、冲击、振动、潮湿、污垢、腐蚀、电气噪声和其他工厂设备的干扰。这些变化使得用户在保护软硬件的同时能够得到它们提供的数据处理能力。 如今，PC正在发生着更大的变化。PC的性质和定义已发展到以前的PC往往无法想像的地步。当然，仍然还有许多在传统上受保护的工业PC(IPC)，但是，它们和其它控制及自动化设备的区别即使没有完全消失也已经变得模糊了。这种发展趋势使用户在为他们的应用选择和实施最合适的解决方案时更需要谨慎。 环境保护定义 NEMA和CSA封装类型： 类型1 防止一定量粉尘侵入的内部保护。此类型在CSA标准中没有特别定义 类型2 防止一定量的水和粉尘侵入的内部保护 类型3 防止雨雪冰雹沙尘带来损害的外部保护。3R类型必须有排水孔。3S类型必须有外部装置以处理有冰雪时的情况。 类型4 防止沙尘、雨、泼溅水和导管水侵入和外部雪带来损害的内外部保护。4X类型必须能防止腐蚀。 类型5 防止气载尘埃、浮尘沉淀及滴落的非腐蚀性液体侵入的内部保护 类型6 防止导管水和偶然浸入一定深度的水时水的侵入以及防止外部雪带来损害的内外部保护。6P类型必须能够防止长时间浸入一定深度的水时水的侵入。 类型12 防止循环粉尘、尘土和非腐蚀性液体侵入的内部保护。12K类型必须能为装有分液器的外壳提供同样的保护 类型13 防止粉尘、喷溅水、油和非腐蚀性冷却剂侵入的内部保护 自由品牌？无法确定 “我们已经使用二十年的工业PC了，对于今天的控制市场，我认为大部分的工业应用现在都在使用低廉的自由品牌PC，并且许多运行的还不错，达到了很长的寿命，”位于美国伊利诺斯州Bloomington地区的一家系统集成商SCADAware公司的董事长Rick Caldwell说，“在一般的制造业中，这些通常是戴尔的或是同等水准的进行过部分或很少的封装或是根本没封装过的PC.” Caldwell意识到现在是PC需要专业封装的时候。“然而，以前的工业PC市场多数已经消失，不再是从前的样子了，”Caldwell说道，“在工业设置中用户更愿意使用一般的PC，因为二十世纪九十年代中期值一万两千美元的工业系统现在只卖四百美元了。人们不怕使用PC因为买过另外一台PC仍然很便宜。” 根据西门子电子自动化公司HMI产品市场部经理Phil Aponte的说法，实际上一些像钢铁生产那样的工业应用，每年可能需要更换多达三分之一的PC。“这是一笔昂贵的支出，但是它比冒关键性的现场故障的风险更好，”他说，“一些用户使用现货供应的电脑，当他们缺货时则不得不停止使用他们的设备，这时IPC能帮上忙。” Phoenix Contact公司自动化市场部经理Bjoern Falke补充道，IPC曾经也提供诸如ISA总线和并行端口的老式连接选择、工业级安装选择和触摸屏以至无需再用键盘，并且可以更容易地改变机器参数。“IPC的整体设计需要能够使其承受住冲击、振动和工业设备中存在的EMI噪声，”他说，“除了要能抵抗住电气噪声外，用户主要还需要有防尘防水的前挡板单元，可能是IP65等级，也可能是IP50等级或具有更高等级的整个防尘单元。对于易受到高强度振动或冲击的应用场合，可用非旋转型的硬盘代替传统的旋转型硬盘。” 配置的变化 现在，商用PC的外型、功能、电源、数据存储能力、网络连接能力和其他核心特性大都不同了。自然，发展到了IPC，而IPC的开发者增加了这些变化。 “现在，工业PC引入了更有用的样式去满足每个应用的需要，不管是显示数据、采集数据还是与用户的连接界面，”Wonderware公司的IPC产品经理Ann Ke说，“然而，它们的共同点是必须能经受住工业环境的压力。甚至你是否需要一块硬盘都须由应用场合决定。某些低端运行只需使用闪存卡就行了，但是在工厂执行HMI、采集数据或运行SQL数据库确实需要硬盘来完成。固态硬盘是可行的，Wonderware就在使用它们。它们价格仍然偏高，但是在一些应用场合使用它们还是值得的。” 对于IPC来说，典型的环境压力包括温度，而温度经常是低于0ºC或是高于50ºC。IPC的外部组件须能承受住一定程度的冲击和振动，然后，给每个系统增加更吸振的保护措施。例如，Ke声称在Wonderware的工业用的平板和触摸板计算机的硬盘中加入硅能使其在竖着落地时不受损害。类似地增加保护物可以阻止水、化学品和其他尖利物侵入。测试时使用两个数字的入口保护（IP）级别。 IEC’s IPS国际电工委员会（IEC）在IEC标准60529中定义了设备的入口保护等级（IP），IP表示设备防尘防水的保护等级。 第一个IP数字显示了防止固体侵入的保护等级 0 无保护 1 防止大于50mm的固体伸入，如手 2 防止大于12mm的固体伸入，如手指 3 防止大于2.5mm的固体伸入，如电线或工具 4 防止大于1mm的固体伸侵入，如电线或细带 5 灰尘防护 6 无尘 第二个IP数字体现防水的等级 0 无保护 1 防止垂直下落的水滴，如液化后的水滴 2 防止从垂直方向两侧15度内水滴 3 防止从垂直方向两侧60度内水滴 4 防止任何方向的喷水 5 防止任何方向的射水 6 防止任何方向的强射水 7 防止浸入150毫米和1米之间时的浸水 8 防止浸没和持续浸入水中时的浸水 “我认为，IPC仍然是12到15英寸的面板安装的计算机，它拥有封装好的可放置在任何地方的前后面板”，Caldwell说，“现在，从4x4英寸无碟 DIN导轨安装的计算设备到完整的戴尔PC机箱，IPC无处不在。” 转变IPC的定义使得用户更难以找到适合他们的应用的计算机，但是与过去相比，这给了用户更多的选择和潜在的实用的解决方案。“工业PC在许多工业应用场合能与PLC相媲美甚至比它更为优秀，”Falke补充道，“用户有时更喜欢PLC的安全性，因为他们的软件不会受到病毒或其他PC软件的干扰。” Phoenix Contact公司称其致力于通过提供PLC的安全和PC的速度和连接性技术来解决VLC可编程嵌入式控制器的难题。 “十年前，工业PC只是在HMI上显示控制和I/O任务，但是它们开始变得坚固，并且嵌入到了19英寸的用于工厂设备层的机架上，这使得它们更接近PLC了，”美国国家仪器公司（NI）的DAQ产品经理Nipun Mathur说，“同时，PLC变得更加开放，它更换了运算速度更快的处理器、先进的分析方法和控制算法，使其领先于过程自动化控制器（PACs）和IPCs。因此，当PLC执行更高效率的自动化任务时，对高级控制和车间监视更需要一个运行高速控制和实时分析的平台，PC可以很好地做到这点。例如，位于美国北卡罗来纳州的ABCO自动化公司的Brown Summit说，他们已经使用基于PC的解决方案为一家汽车传感器制造商开发了14站的装配和检验生产线和10站最终测试生产线。 “在当前激烈的汽车市场竞争中，满足这种需求的方法是有能力利用性价比更高的基于PC的测试方法改进传统的基于PLC的大型机器生产线，从而得到更好的成果。”ABCO的Kellie Hutchinson报道，“我们项目成功的一个关键因素是基于PC的软件的OPC的能力和与PLC协同工作的能力。用户要求新系统能够与大量第三方设备协同工作。” Hutchinson说，为了使生产线每六秒钟生产出一个工件，把NI公司的LabView数据包与Allen-Bradley公司的 RSLinx OPC服务器集成一体，从而使NI公司的PAC硬件能更好的与传统的PLC协同工作以提供控制和数据监视。 据西门子公司的Aponte称，除了朝PLC方向发展并实现它们的功能外，IPC也能作为无主网络服务器独立地提供服务，从机器中采集数据并把它们传送至企业层。“我们有一个用户曾经在有限的空间里安上了我们的Microbox T计算机用于自动化的原料处理控制，因为他需要一台IPC来控制驱动器和电机，而对于这个应用场合来说已经足够接近他的要求了，”他说，“过去，这是PLC所作的工作，因为它们是实时设备而PC不是，但是双核Intel处理器能使工业PC完成类似于PLC的控制。” 不必移动 近年来，工业PC技术发生的最大的变化可能要算闪存和存储卡的日益增长的使用了。由于没有可动部件，它们不易受到对于高速旋转的硬盘和风扇来说是件苦恼的环境压力的影响。从理论上说，设备内部受影响越小，外部所需的保护就越少。“自然地，用户会首先放弃考虑硬盘、风扇和其他的可移动介质。”Aponte说。 Mathur补充道，最近NI公司的一个职员将一个正在采集数据的Compact RIO PAC扔出了位于9层的总部处的窗户，后来此PAC还能正常使用。Compact RIO使用了闪烁数据存储器，而没有使用旋转部件。 “无风扇的PC由于不需要将空气排出外壳，从而得到更多的保护和更高的NEMA/IP等级，所以PC的机架能完全密封，” Phoenix Contact公司的Falke说，“这种类型的PC能直接安在机器上，如安在悬吊臂上，从而无须使用工业外壳。” 远程控制 除了通过不用移动部件以减少保护外，开发人员还把传统的IPC分成独立的几部分。按照优先次序，将一些易受影响且较容易保护的部分移出危险区域，这能大大降低成本，这也意味着更多的资源可用于保护必须留在那些区域的功能部件。 举例来说，最近Wonderware公司推出了一种有处理器和硬盘但无显示器的PC，这是为想要将显示器与他们的PC<