工控机技术发展历程

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1、第一代工控机技术——开创了低成本工业自动化技术的先河

第一代工控机技术起源于20 世纪80 年代初期,盛行于80 年代末和90 年代初期,到90 年代末期逐渐淡出工控机市场,其标志性产品是STD 总线工控机。STD 总线最早是由美国Pro-Log 公司和Mostek 公司作为工业标准而制定的 8 位工业I/O 总线,随后发展成16 位总线,统称为STD80,后被国际标准化组织吸收,成为IEEE961 标准。STD 总线工控机是机笼式安装结构,具有标准化、开放式、模块化、组合化、尺寸小、成本低、PC兼容等特点,并且设计、开发、调试简单,得到了当时急需用廉价而可靠的计算机来改造和提升传统产业的中小企业的广泛欢迎和采用。PC DOS 软件的兼容性使STD 总线得以发展,也由于运行PC Windows 软件的局限性使STD 总线被淘汰出局,而取而代之的是与PC完全兼容的IPC 工控机。

2、第二代工控机技术——造就了一个PC-based 系统时代

为了满足日益提高的处理器速度对海量数据的快速传输和快速处理的要求,1992 年,Intel 公司定义了PCI 总线作为局部总线,直接用于互连CPU 与周边器件,如与显示控制器、网络控制器、内存控制器等互连。为了研制和管理PCI 标准,成立了PCI 总线特别兴趣组织(PCISIG),并先后推出了PCI Local Bus Specification Rev. 2.1、Rev. 2.2 以及最新版本Rev. 2.3,PCI 总线也由芯片级互连总线发展成了板级互连总线。PCI 总线的32 位/33MHz
标准具有132MB/Second 数据传输速度,其64 位 /66MHz 的标准可以达到528MB/Second,所以,相对ISA 或VME 总线每秒几MB 或几十MB 的传输速度而言,PCI 是高速总线。

为了将 PCI 总线应用于嵌入式领域,1994 年多家厂商联合成立了PCI 工业计算机制造商协会(PICMG),主要动机就是为嵌入式计算机研制通用技术标准。由此而诞生的IPC 工控机开创了一个崭新的PC-based 时代,对工业自动化和信息化技术的发展产生了深远的影响。目前的国内的IPC 工控机均采用PICMG 1.x 标准。

3、迅速发展和普及的第三代工控机技术

由于IPC 工控机的结构和金手指连接器的限制,使其难以从根本上解决散热和抗振动等恶劣环境适应性问题,IPC 开始逐渐从高可靠性应用的工业过程控制、电力自动化系统以及电信等领域退出,向管理信息化领域转移,取而代之的是以 CompactPCI 总线工控机为核心的第三代工控机技术。相对于以往的STD 和IPC,它具有开放性、良好的散热性、高稳定性、高可靠性及可热插拔等特点,非常适合于工业现场和信息产业基础设备的应用,被众多业内人士认为是继STD 和IPC 之后的第三代工控机的技术标准。采用模块化的CompactPCI 总线工控机技术开发产品,可以缩短开发时间、降低设计费用、降低维护费用、提升系统的整体性能。

1997 年8 月,PICMG 发布了第一个CompactPCI 技术标准PICMG 2.0 Rev. 1.0,CompactPCI Specification。1997 年9 月发布了PICMG 2.0 Rev. 2.1。1999 年10 月发布了PICMG 2.0 Revision 3.0。PICMG 2.0 R3.0 是CompactPCI 总线的核心标准,也是CompactPCI技术的精髓。它由三项领先技术综合而成:

·PCI 局部总线的电气特性(PCI Local Bus Specification, PCISIG)。
·工业级欧洲卡封装结构和规格(IEC 60297-3 and –4, Eurocard Specification; IEEE 1101.11, IEEE Standard for Additional Mechanical Specifications for Microcomputers Using IEEE 1101.1 Equipment Practice)。
·IEC 2mm 高密度针孔连接器(IEC-61076-4-101, Specification for 2mm Connector Systems)。

Compact PCI 的意思是“坚实的PCI”,它是在PCI 技术基础之上经过改造而成,具体有三个方面:

一是继续采用PCI 局部总线技术;

二是抛弃IPC 传统机械结构,改用经过20 年实践检验了的高可靠欧洲卡结构,改善了散热条件、提高了抗振动冲击能力、符合电磁兼容性要求;

三是抛弃IPC 的金手指式互连方式,改用2mm 密度的针孔连接器,具有气密性、防腐性,进一步提高了可靠性,并增加了负载能力。

经过改造的CompactPCI 工业计算机适合工业现场应用。由于具有热插拔和冗余设计能力,可以构建高可用性系统,满足电信、数字通信、军事装备以及其它高可靠领域的要求。

4、 结束语

回顾历史,中国工控机技术的发展经历了80 年代的第一代STD 总线工控机,90 年代的第二代IPC 工控机,现在进入了第三代CompactPCI 总线工控机时期,而每个时期大约要持续15 年左右的时间。STD 总线工控机解决了当时工控机的有无问题;IPC 工控机解决了低成本和PC 兼容性问题;CompactPCI 总线工控机解决的是可靠性和可维护性问题。作为新一代工控机技术,CompactPCI 总线工控机将不可阻挡地占据生产过程的自动化层,IPC将逐渐由生产过程自动化层向管理信息化层移动,而STD 总线工控机必将退出历史舞台,这是技术发展的必然结果。同时,新一代工控机技术也是下一代网络(NGN)技术设备的基础。因此,覆盖CompactPCI 总线、PXI 总线以及vancedTCA 技术的新一代工控机技术具有巨大的市场潜力和广阔的应用前景。如今的时代是变革的时代,也是推陈出新的时
代。以CompactPCI 总线工控机技术为核心,覆盖CompactPCI、PXI 和ATCA 的新一代工控机技术注定要成为这个时代的主旋律。

研祥公司目前采用 Compact PCI 技术的产品有 CPC-8801、CPC-8403、CPC-8402、CPC-8802 、CPC-8202 、 CPC-5505 、CPC-1611CLD2NA 、CPC-1711CLD2NA 、CPC-2811CVD2NA、CPC-2IDE、 CPC-8COM 等一些产品。由于CompactPCI 需要一些个性化、定制化的需求,并且其技术性也较强,因此和客户面对面的交流、听取用户的需求,并且对用户进行技术上的培训就显得尤为重要。我相信在今后CompactPCI 能进一步替代PCI,能有更多更新的应用领域,而我们技术部将会有更多的机会去学习、接受这方面的培训和实践,并在工作中面临更多的这方面的挑战。

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