摘 要：智能控制器是針對機電一體化系統的智能控制器件，利用工控機可使智能系統更好地適應工業現場的使用要求，提高智能系統的穩定性。作者設計了工控機在智能系統中的應用模式，探討了工控機在智能系統中可行性新技術。 關鍵詞：工控機，智能系統，嵌入式 1 引言 控制器是向系統部件提供協同運行所需要的控制信號。20世紀90年代以來，計算機技術、通訊技術、控制技術的發展促使控制系統向數字式、分布式、開放可互操作和面向開放式互連網絡的現場總線控制系統發展。新型工業控制系統及產品的應用系統具有的一些控制要求和特點，如實時控制、分布控制、事件驅動控制、智能系統控制，不僅提高了系統的控制功能，同時也對其系統功能的實現提出了新形式和高要求。在此所講的控制器主要是針對機電一體化系統的控制器件，例如：采用工業控制計算機、單片機、可編程序控制器等，在計算機輔助設計與制造、數控機床、工業機器人、自動生產線等領域進行了廣泛的應用。 為了使微機控制系統能夠很好地適應工業現場的使用要求，計算機公司專門研制了工業控制計算機，簡稱工控機，工控機采用標準總線和模板結構，具有許多顯著的優點，因而得到了越來越廣泛的應用。目前國內使用最多的工控機是STD總線工控機和PC總線工控機。 2 工控機的功能模塊 工控機的功能模板可分為系統模板、I/O接口類模板和通信類模板三大類。 對于STD總線工控機來說，系統模板包括CPU模板、存儲器模板、人機接口和系統支持模板。對于PC總線工控機來說，系統模板就是一體化CPU板。I/O接口類模板包括開關量I/O模板、A/D轉換模板、D/A轉換模板、信號調理板、繼電器輸出板等。通信類模板包括如RS-232C接口板、USB接口板、GPIB接口板、工業局部網絡接口板等。工控機的模板式結構，使用戶能夠根據實際需要方便地選擇配置。例如：嵌入式主機板、Intel Pentium處理器、DDR內存、支持2個LAN網卡、支持LCD 和VGA顯示、支持Audio、2個USB接口等配置。選用時可查閱相關計算機公司的產品目錄。在進行系統分析的基礎上確定選用哪些模板來組成應用系統。主要表現在輸入輸出接口及相關的控制設備，配上系統軟件和設計的應用軟件后，系統就能實現相關的檢測和控制，并具有圖形顯示和打印功能。 3 工控機應用系統 3.1 檢測、數據處理系統和順序控制系統 檢測、數據處理系統應用工控機對生產過程的各種參數進行檢測，將檢測結果存儲、顯示或打印，繪制成表格或曲線；并能根據需要對檢測的數據進行處理；當測量值超過規定值或發生其它故障時，能發出聲光報警。系統結構圖如圖1所示。 順序控制系統是在工控機控制下，使生產設備按照預先確定的某種順序有規律地進行工作。 3.2 直接數字控制系統 直接數字控制系統即DDC系統，是利用工控機作為數字調節裝置，直接對生產過程進行控制。系統結構圖如圖2所示。 3.3 監督控制系統 監督控制系統即SCC系統，是根據生產現場的有關參數和狀態信息，按照被控裝置的數學模型和控制算法算出最佳工藝給定值，送DDC工控機作為控制依據。由DDC工控機實現PDI或前饋控制，直接指揮生產。也可不要DDC，其功能由SCC兼管。系統結構圖如圖3所示。 3.4 分存式控制系統 在生產規模大、生產過程復雜的情況平，控制系統可由多級組成，具有不同的結構形式，亦稱集散控制系統。系統結構圖如圖4所示。 4 工控機新技術 （1）現場總線和現場總線控制系統FCS 自動化技術正經歷重大變革，我們的工作實質上是圍繞這種變革進行的。由于現場總線技術的發展，新一代的現場總線控制系統FCS正走向實用化，這是自動化技術革新的一個重要熱點，它將給自動化技術帶來一次深刻的革命。FCS的關鍵要點是：FCS的基礎是數字化智能化現場裝置；FCS的核心是現場總線協議，即總線標準；FCS的本質是信息處理的現場化和網絡化。 （2）PC-based工業控制計算機 PC-based（包括嵌入式PC）控制系統亦稱IPC，正以20%以上的速率增長，遠遠超出了FCS。這主要在于PC機的開放性，它具有豐富的硬件資源、軟件資源和人力資源，既得利于廣大工程技術人員的支持，也為廣大群眾所熟悉。各大FCS制造商已接受了IPC的技術路線，提供豐富的開放的硬件和軟件平臺，價格低廉，易于與其它信息技術集成，其應用范圍將迅速擴大到全部自動化領域。 （3）管控一體化系統集成 管控一體化系統集成系統與軟件，隨著Internet技術深入到企業管理和控制之中，控制系統與管理系統的結合成為必然，這使得工業自動化界渴望已久的管控一體化、工業企業信息化、基于網絡的自動化的目標成為可能。通過以太網和Web技術實現開放型分布智能系統，基于以太網和TCP/IP協議的技術標準，提供模塊化、分布式、可重用的自動化方案。主要發展基于網絡的工程化工業控制與管理軟件。這樣管控一體化可以使企業選擇到真正符合新經濟時代的最佳解決方案，從而提高企業的生產效率，增強市場競爭能力。 （4）工業以太網 工業以太網不僅指只有物理層和鏈路層的Ethernet，而是指基于internet技術革新的以太網，即ETHERNET+TCP/UDP/IP+應用層，這里 UDP比TCP協議更能滿足實時性的要求。工業以太網的關鍵技術實時性、總線供電、遠距離傳輸等到方面取得了很大進展。基于高速以太網技術的現場總線控制設備，其研究目標是：研究應用于工業控制現場的高速以術網關鍵技術，包括以太網通信實時性、總線供電、本質安全、可互操作性、遠距離傳輸、抗干擾性和可靠性等。并研究開發基于以太網技術的現場設備、網絡化控制系統和相應的系統軟件。以太網技術是未來控制網絡的最佳解決方案，以太網一直延伸到企業現場設備控制層是控制網絡發展的必然趨勢。 （5）新一代工業計算機總線CompactPCI 前面所述IPC工控機是在PC機的基礎上，在機箱、結構等方面適當保留了PCI-ISA總線的有源底板，開發和擴充了系列工業I/O模板來構成。1993年以來，由于PCI總線的高性能、低成本、通用操作系統等到方面的優勢，得到迅速的普及和發展，但是這種PCI-ISA底板總線的工業控制計算機也有不足，還難以用于有苛刻要求和高性能的場合。為此，主要由原來STD總線工控機的廠商，如Ziatech、Pro-Log以及Intel等，在PICMG（PCI工業計算機制造商協會）支持下，制定PCI-ISA總線的無源底板標準和處理器板標準，即CompactPCI。其出發點在于改造PCI標準，使其成為無源底板總線的結構。 CompactPCI是一種新的開放式工業計算機標準，采用CompactPCI.既能吸收PC機最新的技術成果，又具有滿足通信和工業實時應用所必需的更堅固、更可靠、模塊化、易使用、易維護的優點。其最具有吸引力的特點是熱拔插（hotswap）。這意味著一個模板能夠在不切斷電源的情況下從機箱內拔出或插入，依靠先進的軟件，系統能夠自動調整配置。CompactPCI的熱插拔實現是在結構上采用三種不同長度的引腳插針，使得模板插入或拔出時，電源和接地、PCI總線信號、插拔啟動信號按序進行；采用總線隔離裝置和電源的軟啟動；在操作系統中要具有即插即用的功能。 （6）嵌入式系統 嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟件硬件可剪裁，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等到要求的專用計算機系統。嵌入式系統是集軟件、硬件于一體的高可靠性系統，固化的應用軟件。硬件除CPU外，還有外圍電路的支持。通用和嵌入式CPU、微控制器、DSP等已構成嵌入式系統硬件的基礎。嵌入式系統的出現至今已經有30多年的歷史，近幾年來，計算機、通信、消費電子的一體化趨勢日益明顯，嵌入式技術已成為一個研究熱點。嵌入式系統已發展到以Internet為導向的嵌入式系統，正在迅速發展。目前在多數嵌入式系統還孤立于Internet之外，但隨著Internet的發展以及與信息家電、工業控制技術結合日益密切，兩者的結合將代表嵌入式系統的未來。我國在嵌入式CPU方面最近取得了很大進展，“龍芯”和方舟CPU的研制成功是一件很有意義的大事。嵌入式系統，由于需求千變萬化，沒有統一的架構，可以不受控制，軟硬件需要各種各樣的組合，技術密集，市場容量大，可有無限制的創新空間。 5 結束語 通過集成制造技術、計算機技術與以及人工智能等技術，發展一種新型的制造技術與智能控制系統，以標準的工控機軟、硬件平臺構成的集成系統取代傳統的封閉式系統，具有適應性強、開放性好、易于擴展、經濟、開發周期短等優點，更有利于國際間信息交換使世界先進制造技術共享。 參考文獻： [1] 錢平.伺服系統[M].北京：機械工業出版社，2005. [2] 王道宏.數控編程技術[M].北京：人民郵電出版社，2005. [3] 楊世興，黃向慧，黃夢濤，汪梅.現代電氣自動控制技術[M].北京：人民郵電出版社，2006. [4] 顧小洪，吳秋峰.無線網絡在工業企業中應用的一些探討[J]. 工業控制計算機，2006，（11）：1-2.