工控机的设计分析与选择

工控机编辑工控机（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可靠、嵌入式、智能化的工业计算机。

目录1概述2主要分类3软件系统4主要结构5适用领域6主要特点7日常维护8发展前景9国内市场1概述工控机全称工业控制计算机，是专门为工业控制设计的计算机，用于对生产工控机过程中使用的机器设备、生产流程、数据参数等进行监测与控制。

工控机经常会在环境比较恶劣的环境下运行，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。

工控机对于扩展性的要求也非常高，接口的设计需要满足特定的外部设备，因此大多数情况下工控机需要单独定制才能满足需求。

2主要分类目前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。

1、IPC即基于PC总线的工业电脑。

据2000年IPC统计目前PC机工控机（图1）已占到通用计算机的95%以上，因其价格低、质量高、产量大、软/硬件资源丰富，已被广大的技术人员所熟悉和认可，这正是工业电脑热的基础。

其主要的组成部分为工业机箱、无源底板及可插入其上的各种板卡组成，如CPU卡、I/O卡等。

并采取全钢机壳、机卡压条过滤网，双正压风扇等设计及EMC（electromagneticcompatibility）技术以解决工业现场的电磁干扰、震动、灰尘、高/低温等问题。

IPC有以下特点：可靠性：工业PC具有在粉尘、烟雾、高/低温、潮湿、震动、腐蚀和快速诊断和可维护性，其MTTR（MeanTimetoRepair）一般为5min，MTTF10万小时以上，而普通PC的MTTF仅为10000～15000小时。

《基于机器视觉的工件识别与定位系统的设计与实现》一、引言随着工业自动化和智能制造的快速发展，工件识别与定位技术在生产线上扮演着越来越重要的角色。

传统的工件识别与定位方法往往依赖于人工操作，不仅效率低下，而且容易出错。

因此，基于机器视觉的工件识别与定位系统应运而生。

本文将介绍一种基于机器视觉的工件识别与定位系统的设计与实现方法。

二、系统设计1. 硬件设计本系统主要由工业相机、光源、工控机等硬件组成。

其中，工业相机负责捕捉工件图像，光源提供合适的光照条件，工控机则负责图像处理和系统控制。

(1) 工业相机：选用高分辨率、高帧率的工业相机，以保证图像的清晰度和实时性。

(2) 光源：根据工件的特点和图像处理需求，选择合适的光源类型和布置方式，如环形光、同轴光等，以获得良好的图像质量。

(3) 工控机：选用性能稳定的工控机，搭载高性能的图像处理算法，实现工件的快速识别和定位。

2. 软件设计本系统的软件部分主要包括图像处理算法和控制系统。

(1) 图像处理算法：采用机器视觉算法对图像进行处理，包括图像预处理、特征提取、模式匹配等步骤。

其中，特征提取是关键环节，通过提取工件的形状、颜色、纹理等特征，实现工件的准确识别。

(2) 控制系统：控制系统负责协调各个硬件设备的工作，包括相机的触发、光源的开关、工件的抓取等。

同时，控制系统还需要与上位机进行通信，接收上位机的指令并反馈系统状态。

三、算法实现1. 图像预处理图像预处理是机器视觉系统的重要环节，主要包括图像滤波、二值化、边缘检测等步骤。

通过对图像进行预处理，可以消除噪声、提高信噪比，为后续的特征提取和模式匹配做好准备。

2. 特征提取特征提取是工件识别的关键环节。

本系统采用基于深度学习的特征提取方法，通过训练神经网络模型，自动学习工件的形状、颜色、纹理等特征。

在提取特征时，需要选择合适的特征描述符和特征匹配算法，以实现工件的准确识别。

3. 模式匹配模式匹配是工件定位的关键步骤。

工业控制计算机标准工业控制计算机标准是指在工业控制系统中，为了保证计算机设备的安全、稳定和可靠运行，所制定的一系列规范和标准。

这些标准包括硬件、软件、通信协议、安全性等方面，对工业控制计算机的设计、制造、安装、维护和管理提出了具体的要求和规定。

首先，工业控制计算机的硬件标准是保证其性能和稳定性的基础。

在硬件方面，标准要求计算机设备应具有一定的抗干扰能力，能够适应工业环境中的恶劣条件，如温度、湿度、振动等。

此外，标准还规定了计算机设备的尺寸、外壳材质、散热系统、电源供应等方面的要求，以确保设备在工业场景中能够稳定运行。

其次，工业控制计算机的软件标准是保证其功能和安全性的重要保障。

在软件方面，标准要求计算机设备应具有可靠的操作系统和应用软件，能够实现工业控制系统的各项功能，并且具有一定的实时性和稳定性。

此外，标准还规定了计算机设备的系统更新、安全防护、故障诊断和远程维护等方面的要求，以确保设备在运行过程中不会出现严重的故障和安全隐患。

此外，工业控制计算机的通信协议标准是保证其与其他设备互联互通的重要保障。

在通信协议方面，标准要求计算机设备应支持工业现场常用的通信协议，能够与PLC、传感器、执行器等设备进行可靠的数据交换和指令控制。

此外，标准还规定了计算机设备的网络接口、数据传输速率、通信协议兼容性等方面的要求，以确保设备能够与其他设备实现稳定的通信连接。

最后，工业控制计算机的安全标准是保证其运行环境和数据安全的重要保障。

在安全方面，标准要求计算机设备应具有防火墙、加密通信、访问控制、数据备份等安全功能，能够保护设备和数据不受恶意攻击和意外损坏。

此外，标准还规定了计算机设备的安全审计、事件响应、应急预案等方面的要求，以确保设备在面临安全威胁时能够做出及时有效的应对。

综上所述，工业控制计算机标准涵盖了硬件、软件、通信协议、安全性等多个方面，对计算机设备在工业控制系统中的设计、制造、安装、维护和管理提出了具体的要求和规定。

研华工控机基础教程（完整版）第一部分 引言工业控制计算机，中文简称工控机，英文简称IPC（Industry Personal Computer），在工业自动化背景下应运而生。

伴随着PC产业的发展，得到了长足的发展。

尽管IPC在架构上也是基于X86为主，在用户使用端和PC电脑产业相同，但与个人PC电脑产业的发展却完全是不同的道路。

个人PC通常分为家用电脑和商用电脑两大类。

对于家用电脑，是以时尚的外形、较高的显卡性能、多媒体显示性能、丰富的扩展性能、多声道声卡等方面作为吸引消费者的卖点，有些高档家用电脑甚至配备遥控器，时尚的音响，俨然一个家庭多媒体中心。

对于商用客户，则是通过稳重的外观、完备的售后服务、有限的扩展性能、高速度的运算速度等来吸引商用客户采购。

工控电脑是完全不同的设计理念，工控电脑更多的是在恶劣的环境下使用，对产品的易维护性、散热、防尘、产品周期、甚至尺寸方面都有着严格的要求。

因此在设计和选择工控机平台的时候，考虑的更多的是机构的设计，然后才是对性能等的考虑。

第二部分 正文一、工控机的设计分析与选择。

1、工控机的尺寸设计工控机在很多情况下使用是应用于某个系统之中，因此常常被放置在某个设备之中或上架。

因此对尺寸有较严格的要求。

根据用户的使用情况，分为上架式和壁挂式两种设计。

上架式：现在市场上最为常见的研华工控机IPC－610就是标准的4U高度19英寸上架式机箱。

可以应用在标准的机柜之中。

如图1所示：<图1> IPC-610H针对客户的不同需求，我们会提供1U、2U、3U、4U、5U和7U高度的机箱。

一般来说，在1U或2U的机构设计上面。

由于机箱体积有限，但CPU的功耗日益加大（最新的P4CPU功耗已超过100W），因此内部散热风流设计变成了厂商面临的最大问题。

而机构散热设计的功力在很大程度上反映了 一个厂商的技术实力。

（关于机构散热的设计我们会在后期的文章中讨论）。

对于1U工控机，多用于对体积要求较高的电信领域，大多配合上架使用，工控机厂商通过PICMG1.0架构的CPU卡的体积优势，配合1U高度的蝶型底板，可支持最高2个PCI全长卡。

《基于机器视觉的工件识别与定位系统的设计与实现》一、引言随着工业自动化和智能制造的快速发展，工件识别与定位技术在生产线上扮演着越来越重要的角色。

传统的人工识别与定位方式不仅效率低下，而且易受人为因素的影响。

因此，基于机器视觉的工件识别与定位系统应运而生，其通过计算机视觉技术实现对工件的快速、准确识别与定位，从而提高生产效率和质量。

本文将介绍一种基于机器视觉的工件识别与定位系统的设计与实现。

二、系统设计1. 硬件设计本系统硬件部分主要包括工业相机、光源、工控机等。

其中，工业相机负责捕捉工件图像，光源提供合适的照明条件，以保证图像质量，工控机则负责图像处理和算法运行。

硬件设备需具备高稳定性、高精度和高速度的特点，以满足生产线上的实时性要求。

2. 软件设计软件部分主要包括图像预处理、工件识别和工件定位三个模块。

图像预处理模块负责对原始图像进行去噪、增强等处理，以提高图像质量。

工件识别模块通过训练好的机器学习模型对预处理后的图像进行识别，提取出工件的特征信息。

工件定位模块则根据识别结果，确定工件在图像中的位置信息。

三、算法实现1. 图像预处理图像预处理是工件识别与定位的前提。

本系统采用去噪、二值化、边缘检测等算法对原始图像进行处理，以提高图像质量和特征提取的准确性。

其中，去噪算法用于消除图像中的噪声干扰，二值化算法将图像转化为黑白二值图像，便于后续的特征提取和识别。

2. 工件识别工件识别是本系统的核心部分。

本系统采用深度学习算法训练机器学习模型，实现对工件的快速、准确识别。

具体而言，我们使用卷积神经网络（CNN）对大量工件图像进行训练，提取出工件的特征信息，并建立特征库。

在识别过程中，系统将预处理后的图像与特征库中的特征信息进行比对，找出最匹配的工件类型。

3. 工件定位工件定位是在识别的基础上，确定工件在图像中的具体位置。

本系统采用模板匹配算法实现工件定位。

具体而言，我们首先在特征库中选取与待定位工件相似的模板图像，然后在预处理后的图像中搜索与模板图像相匹配的区域，从而确定工件的位置信息。

工业级工控机的参数指标1. 引言工业级工控机是一种专门设计用于工业自动化控制系统的计算机设备。

它具有高可靠性、稳定性和耐用性，能够在恶劣的工业环境下长时间运行。

本文将详细介绍工业级工控机的参数指标，包括处理器性能、内存容量、存储器类型、扩展接口、操作系统支持等方面。

2. 处理器性能工业级工控机的处理器性能直接影响到其计算能力和响应速度。

通常采用的处理器类型包括Intel的Core系列、Xeon系列以及AMD的Ryzen系列等。

处理器的主要参数指标有：•主频：处理器的工作频率，通常以GHz为单位。

主频越高，处理器的计算能力越强。

•核心数：处理器内部的核心数量，每个核心都可以独立执行指令。

核心数量越多，处理器的并行计算能力越强。

•缓存大小：处理器内置的缓存容量，用于临时存储数据，提高数据读写速度。

缓存大小越大，处理器的性能越好。

3. 内存容量工业级工控机的内存容量决定了其能够同时处理的任务数量和数据量。

内存容量越大，系统能够同时运行的程序越多，数据处理能力也越强。

内存容量通常以GB为单位，常见的内存容量有4GB、8GB、16GB等。

4. 存储器类型工业级工控机的存储器类型包括固态硬盘（SSD）和机械硬盘（HDD）。

固态硬盘具有读写速度快、抗震抗压能力强的特点，适合于工业环境中对数据传输速度和数据安全性要求较高的场景。

机械硬盘容量大、价格低廉，适合于数据存储量较大的应用。

5. 扩展接口工业级工控机通常需要与其他设备进行数据交互，因此具备丰富的扩展接口是必要的。

常见的扩展接口包括：•串口：用于连接串行设备，如传感器、PLC等。

•并口：用于连接并行设备，如打印机、激光切割机等。

•USB接口：用于连接外部存储设备、键盘、鼠标等。

•网口：用于连接局域网，实现远程监控和数据传输。

工业级工控机通常具备多个扩展接口，并支持不同的接口标准，如RS232、RS485、PCIe等。

6. 操作系统支持工业级工控机的操作系统支持也是一个重要的参数指标。

工业机器人设计方案一、引言随着工业的发展和技术的进步，工业机器人在生产线上扮演着越来越重要的角色。

为了提高生产效率和质量，减少人力成本和劳动强度，设计一套高效稳定的工业机器人成为了当今的迫切需求。

本文将根据实际需求，提出一种工业机器人的设计方案。

二、方案概述本方案的工业机器人主要应用于组装生产线上的重复性工作，如螺丝拧紧、零件装配等。

该机器人将采用多关节设计，以实现多方向运动和灵活操作。

同时，为了实现高效稳定的工作，机器人将配置感知技术和控制系统，以及安全保护系统。

三、机器人结构设计1.机械结构设计机器人采用多关节结构设计，以实现多方向运动和灵活操作。

机器人的机械结构由支架、关节机构和工具端构成。

支架选择高强度的材料，以保证机器人的稳定性和承载能力；关节机构采用高精度的电机和减速器，以实现精确的运动控制；工具端根据实际需要设计相应的装配工具。

2.动力系统设计机器人的动力系统由电机、减速器和传动系统组成。

电机选择高性能的伺服电机，以实现快速精确的控制；减速器采用高精度的行星齿轮减速器，以提供足够的扭矩和速度；传动系统根据实际需要选择齿轮传动、皮带传动或直线传动等。

3.传感器和感知系统设计机器人配备各种传感器和感知系统，以实现环境感知和物体检测。

其中包括视觉传感器、力传感器、触觉传感器等。

视觉传感器用于检测工件的位置和姿态，力传感器用于检测工具与工件之间的受力情况，触觉传感器用于检测机器人与环境之间的接触。

四、控制系统设计1.控制算法设计机器人的控制系统采用基于模型的控制算法，以实现精确控制和运动规划。

通过对机器人模型进行数学建模和控制分析，设计合适的控制算法，以满足各种工作场景的需求。

2.控制器和接口设计机器人的控制系统采用计算机控制，通过控制器和接口与各个子系统进行通信和控制。

控制器选择高性能的工控机，具有强大的计算和控制能力；接口采用标准化的接口协议，以实现与各个子系统的连接和数据传输。

五、安全保护系统设计对于工业机器人来说，安全问题是至关重要的。

IPC工控机有哪些技术特点IPC（Industrial PC）工控机是为工业现场设计并应用的一种计算机设备，具有以下几个技术特点：1.高可靠性：IPC工控机通常应用于恶劣的工业环境中，需要具备较高的可靠性。

它采用工业级的硬件设计，能够抵抗温度、湿度、尘埃、振动等各种环境因素的影响，确保系统的可靠运行。

2.宽温设计：IPC工控机适用于各种温度范围的工业环境，可以在较高或较低的温度下正常工作。

它的主板和硬盘都经过特殊设计，能够耐受工业场所温度的波动，确保系统的稳定运行。

3.防尘防水：IPC工控机通常采用全封闭的外壳设计，能够有效防止灰尘、水分等外界物质对设备的侵入。

这样可以最大限度地保护内部组件免受外界环境的影响，延长设备的使用寿命。

4.抗震抗振动：IPC工控机通常需要工作在机械设备震动较大的工业环境中。

为了保证设备的工作稳定，IPC工控机采用了特殊的结构设计和固定方案，能够有效抵抗机械震动和振动的影响，确保系统的可靠性。

5.多种通信接口：IPC工控机通常需要与其他设备或系统进行数据交换和通信。

它具备多种通信接口，如串口、并口、USB、以太网等，能够与各种设备和系统进行数据的传输和交流。

6.高性能：IPC工控机的硬件配置通常比普通PC要高，以满足工业控制系统的高性能需求。

它采用高性能的处理器、大容量的内存、快速的硬盘等，能够快速处理各种数据和运算任务。

7.特殊的扩展能力：IPC工控机通常需要根据工业环境的具体需求进行扩展。

为了满足不同工业控制系统的需求，IPC工控机具备一定程度的扩展能力，可以通过扩展槽、接口等方式，连接各种外部设备和模块，实现更复杂的控制功能。

8.易于维护和管理：IPC工控机通常运行在长时间或连续工作的工业环境中，对维护和管理提出了较高的要求。

为了方便用户进行维护和管理，IPC工控机通常具备一些特殊的功能，如远程监测、远程管理、故障自诊断等，能够提高设备的可维护性和管理性。

总之，IPC工控机具有高可靠性、宽温设计、防尘防水、抗震抗振动、多种通信接口、高性能、特殊的扩展能力和易于维护和管理等技术特点，使其能够适应各种工业控制系统的需求，并在恶劣的工业环境中稳定可靠地工作。