工控机系统的组成 (工控机的结构特点浅析和行业应用)

一台工控机的组成部分和普通PC机的结构是基本相同的,都是包含机箱,主板(底板),电源、CPU、硬盘和内存等,如下图1所示。

工控机的结构组成,工控机的结构测试内容

计算机的主要部件

1.工控机箱内部结构

1.硬盘架、光驱架

硬盘架一般分两种,一种是分拆式,一种是压卡式。品质优异的机箱一般都带金属弹簧防震功能;安装硬盘数量一般从4-15个。

2.压卡条

主要起固定作用。有安防监控的安装视频长卡,或者是工业CPU长卡时,必须要固定长卡,以免使用过程中出现晃动,不牢固等现象。

3.后槽的扩展

有7槽或14槽两种;14槽的背板主要的用途是安装多路视频卡,比如有些大型的监控系统,则要64路,或者128路时,必须要换成14槽的背板;

4.无源底板

底板的规格有多种;主要以主板的规格来划分。普通的主板一般都可以安装;其中520mm以下长度的机箱是安装不了12Í13的双至强大板的主板的,必须要520mm长度的机箱才能安装。无源底板的插槽由总线扩展槽组成。总线扩展槽可依据用户的实际应用选用扩展ISA总线、PCI总线和PCI-E总线、PCIMG总线的多个插槽组成,扩展插槽的数量和位置根据需要有一定选择,但依据不同PCIMG总线规范版本各种总线在组合搭配上有要求,如PCIMG1.3版本总线不提供ISA总线支持,该板为四层结构,中间两层分别为地层和电源层,这种结构方式可以减弱板上逻辑信号的相互干扰和降低电源阻抗。底板可插接各种板卡,包括CPU卡、显示卡、控制卡、I/O卡等。

5.工业电源

早期在以Intel 奔腾处理器为主的之前的工控机主要使用为AT开关电源,与PC机一样主要采用的是ATX电源,平均无故障运行时间达到250,000小时。

6.CPU卡

IPC的CPU卡有多种,根据尺寸可分为长卡和半长卡,多采用的是桌面式系统处理器,如早期的有386\486\586\PIII,现主流为P4、酷睿双核等处理器,主板用户可视自己的需要任意选配。其主要特点是:工作温度0-60℃;带有硬件;也有部份要求低功耗的CPU卡采用的是嵌入式系列的CPU。

7.其他配件

IPC的其他配件基本上都与PC机兼容,主要有CPU、内存、显卡、硬盘、软驱、键盘、鼠标、光驱、显示器等。

8.工控机箱的散热

散热结构的合理性是关系到计算机能否稳定工作的重要因素。工控机箱散热主要依靠风扇。一般具有4个4cm风扇,用于给系统降温,1个8cm滚珠散热风扇,带可拆修过滤网,1个12cm活动式滚珠散热风扇,带可拆修过滤网,带滤网的86CFM冷却风扇。

9.工控机箱的抗震

工控机箱在工作的时候,由于机箱内部的光驱、硬盘、机箱里的多个风扇在高速运转的时候都会产生震动,而震动很容易导致光盘读错和硬盘磁道损坏以至丢失数据,所以机箱的抗震性也是机箱关键的一个结构设计方案。

10.工控机箱的电磁屏蔽

主机在工作的时候,主板、CPU、内存和各种板卡都会产生大量的电磁辐射,如果不加以防范也会对人体造成一定伤害。这个时候机箱就成为了屏蔽电磁辐射,保护健康的一道重要防线。屏蔽良好的机箱还可以有效地阻隔外部辐射干扰,保证计算机内部配件不受外部辐射影响。工控机箱为了增加散热效果,机箱上必要的部分都会开孔,包括箱体侧板孔、抽气扇进风孔和排气扇排风孔等等,所以孔的形状必须符合能阻挡辐射的技术要求。机箱上的开孔要尽量小,而且要尽量采用阻隔辐射能力较强的圆孔。其次,要注意各种指示灯和开关接线的电磁屏蔽。比较长的连接线需要设计成绞线,线两端的裸露的焊接金属部分必需用胶套包裹,这样就避免了机箱内用电线路产生的电磁辐射。

2.工控机箱分类

工业PC机的机箱不同于商用机的机箱,如下图所示。工业PC机工作的环境恶劣,为了防粉尘,其光驱、软驱、U盘插口都加密封性能好的面盖有的局部用加锁面盖,有的前端面板用整体加锁面盖;为了防电压波动,电源采用了稳压技术,电源与机箱连为一体,大多采用250W或300W的电源;为了防干扰,采用了抗干扰措施;为了防辐射,机箱具有很好的屏蔽功能;而且还自带机箱温度、风扇转速、电压检测板。

IPC的全钢机箱是按标准设计的,抗冲击、抗振动、抗电磁干扰,内部可安装同PC-bus兼容的无源底板。工控电脑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。

工控机的结构组成,工控机的结构测试内容

工控机机箱

工控机箱分类:

(一)高度

机架式机箱一般分1U,2U,3U,4U,5U,6U,7U,8U等。“U”是一种表示机架式服务器外部尺寸的单位,是unit的缩略语,详细尺寸由作为业界团体的美国电子工业协会(EIA)决定。之所以要规定服务器的尺寸,是为了使服务器保持适当的尺寸以便放在铁质或铝质机架上。机架上有固定服务器的螺孔,将它与服务器的螺孔对好,用螺丝加以固定。

规定的尺寸是服务器的宽(48.26cm=19英寸)与高(4.445cm的倍数)。由于宽为19英寸,所以有时也将满足这一规定的机架称为“19英寸机架”。

厚度以4.445cm为基本单位。1U就是4.445cm,2U则是1U的2倍为8.89cm。也就是说所谓“1U的PC服务器”,就是外形满足EIA规格、厚度为4.445cm的产品。设计为能放置到19英寸机柜的产品一般被称为机架服务器。

1U、4U以及5U和7U机箱如下图所示。

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5U高的工控机

将服务器放置到机架上,并不仅仅有利于日常的维护及管理,也可能避免意想不到的故障。首先,放置服务器不占用过多空间。机架服务器整齐地排放在机架中,不会浪费空间。其次,连接线等也能够整齐地收放到机架里。电源线和网线等全都能在机柜中布好线,可以减少堆积在地面上的连接线,从而防止脚踢掉电线等事故的发生。

(二)长度

国际标准的长度有两种450mm与505mm,根据客户的具体要求还可以扩分其他长度,比如:480mm,500mm,520mm,530mm,600mm等;其中450mm~~520mm的尺寸机箱占市场需求的90%以上;加长型机箱的作用主要是有以下3个:一个是安装双CPU至强12Í13主板,必须要 520 mm的长度才能安装这样的大板;另外一个是安装工业CPU长卡或者是300 mm长的视频卡等需要足够的扩展空间;最后一个是散热空间的考虑,由于有些监控用户需要安装多路视频卡与多个硬盘,比如64路,128路等,10个硬盘就需要很好的散热效果。

(三)卧式与壁挂式

此外,由于某些设备制造商需要把控制中心(IPC)放置在其设备之中。因此对工控机的体积有较为严格的要求。传统的上架式19英寸机箱体积基本很难满足要求,因此针对此种客户需求,推出了壁挂式的机箱。例如某品牌的IPC-6606/6608壁挂机箱系列。这类机箱由于体积小,并且应用环境在某设备内部,因此设计理念也重在散热和扩展性能上。