工控机行业的现状及技术发展趋势

Date: 2016-01-05About: (0) Comment:Source: font size: T T T

工控机行业的现状及技术发展趋势


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。工控机即工业控制计算机,英文简称IPC(Industrial Personal Computer),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。


工控机行业的现状

工控机市场分布


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。随着社会信息化的不断深入,关键性行业的关键任务将越来越多地依靠工控机,而以IPC为基础的低成本工业控制自动化正在成为主流,本土工控机厂商所受到的重视程度也越来越高。随着电力、冶金、石化、环保、交通、建筑等行业的迅速发展,从数字家庭用的机顶盒、数字电视,到银行柜员机、高速公路收费系统、加油站管理、制造业生产线控制,金融、政府、国防等行业信息化需求不断增加,对工控机的需求很大,工控机市场发展前景十分广阔。


近年来,国际上FCS、DCS、PLC、IPC、NC以及各类嵌入式控制装置正处在快速发展之中,市场规模以每年10%~15%的速度增长,而我国的发展速度更居于世界前列,目前我国工控机的市场规模约200亿元。


世界金融危机对工控机行业的影响

从2007年2月次贷危机开始的第一波,到始于2008年9月的次贷危机深化,金融危机开始向实体经济转移,经济衰退的迹象出现第二波,危机在不断加深。如果说金融危机第一波冲击的是房地产、金融行业或者虚拟经济,对我国工控机行业影响不大,可以置身事外的话,第二波的到来则将金融危机转化为经济危机,其冲击向实体经济展开,各实体行业或多或少都受到了影响,工控机行业也无法独善其身了。


首先,由于生产要素和资源价格的大幅上涨使得位居上游的原厂商成本大增,因而也就不可能支持其采取通过适度的让利优惠以增加或维持市场占有率的策略,甚至,原厂商将会通过不断提高供货价格以减少其自身销售利润的损失或至少维持原有利润不会下降,同时位居下游的最终客户也因为同样的原因被迫降价销售,这样,就把中间的利润空间及生存空间挤得所剩无几。

其次,宏观调控带来的紧缩货币政策导致了市场资金供给量的大幅下降和资金成本的大幅飙升,这已经不单单是挤压企业利润空间的问题,更加上升到了危及企业生存安全的高度。相当数量的希望在此环节中生存下来的制造企业都不得不想办法压缩应收账款,适量扩大应付账款。最重要的是,随着全球通胀而来的全球经济衰退初现端倪,相应地全球消费也都出现了较为明显的抑制,而这些都大大加剧了生产制造企业的生存困境,呈现的现象就是由于销售路径的变窄变细带来了道路堵塞的状况,于是竞争进一步加剧。在这样的大环境下,再加之近些年中国经济学界总结出来的有中国特色的“饿狼现象”的普遍存在,工控行业也就不可避免地陷入了同质化的恶劣竞争状态之中。


工控机行业服务于纺织、建筑、汽车、造船、印刷、石化等多个行业,随着这些行业在金融危机中受到波及,工控机行业也或多或少受到了影响。


工控机行业技术发展趋势


PC技术推动了工控机技术的发展


工控机是嵌入在工业系统内部,在工业极端环境里能够连续长期稳定可靠工作的工业型计算机。随着Intel CPU和Microsoft DOS/WINDOWS架构演变成事实上的标准,ISA/PCI总线加固型工业PC(IPC)开始向工业领域渗透。IPC虽然经过了工业化改造(如取消了大母板,采用无源背板、插卡式模板,工业电源,全钢密封机箱微正压散热,温度自动检测和调整等),但其本质上仍然不是工业型PC,不能从根本上解决大母板水平放置、抗震动冲击能力差、元器件失效率高、平均修复时间(MTTR)长、维护困难等问题,难以满足工业控制任务的苛刻要求。为了满足市场对工业型计算机的要求,除了VME总线工控机外,产生了一系列基于PC的、与ISA/PCI总线标准兼容的嵌入式工控机,其中比较有代表性的是CompactPCI/PXI总线、AT96总线、STD总线和STD32总线工业控制机。



各种总线工控机向高性能、高可靠方向发展


STD总线工控机采用单片计算机(Computer-on-a-chip)技术,可以继续提升“ALL-IN-ONE”CPU板的性能,而不受小板尺寸限制。在386档次上,MCG、Systek、Winsystems。目前,STD总线工控机已经升级到486DX,可以满足大多数应用要求。1990年9月,STD32 MG公布STD32规范1.0版。STD32具有32 bit数据宽度,32 bit寻址能力,是工业型的高端计算机。STD32总线兼容STD-80规范,产品可以互操作。STD32总线在保留简单控制总线特点的同时,采用了今天的先进技术设计OEM产品,如80486和Pentium系列处理器技术。


VME(Versa Model Eurocard)总线是由Motorola公司1981年推出的第一代32位工业开放标准总线,其主要特点是其信号线模仿Motorola公司生产的68000系列单片机信号线,由于其应用的广泛性被IEEE收为标准,即IEEE 1014-1987,其标准文件为VMEbus specification Rev C.1。1995年,VME总线的新一代架构VME64脱颖而出。相对于传统的VME系统,VME64加大了传输带宽,拓展了地址空间并方便了板卡插拔。它将6U板的数据线宽和地址范围扩展到了64 bit,给3U板提供了32 bit和40 bit地址模块,传输带宽达到了80 Mb/s,增加了总线锁定周期,增加了第一插槽探测功能,加入了对热插拔的支持。VME64扩展集是1997通过的新标准,它又被称为VME64x。它增加了一个160管脚连接器系列(按5行排列),还在P1/J1和P2/J2之间加入了一个P0/J0 连接器,另外新增设了一个3.3 V电源管脚。该系统新增的两个边缘总线循环则把数据速率提高到160 Mb/s。此外,还增加了EMC前置面板和ESD功能。VME320最大的改进是采用了星型互连的方法来达到数据传输加速的目的。它采用了一种叫做2eSST的协议,这是一种信源同步传输协议,可将理论数据速率提高到320 Mb/s。SBS公司推出的VXS标准和VITA(VME国际贸易协会)开发的VPX标准。VXS为引用交换结构创造了条件,而VPX则将开关结构信号速率提升到了6.25 Gb/s。与此同时,许多VME总线背板开始使用PMC(PCI Mezzanine Card)插槽,以便能直接使用PCI板卡。制造商们还吸取了PCI板卡的构造因素,以使VME板卡跟上行业的步伐。


PCI-Express是最新的总线和接口标准,它原来的名称为“3GIO”,是由Intel提出的。很明显英特尔的意思是它代表着下一代I/O接口标准。认证发布后改名为“PCI-Express”。这个新标准将全面取代现行的PCI和AGP,最终实现总线标准的统一。它的主要优势就是数据传输速率高,目前最高可达到10 GB/s,而且还有相当大的发展潜力。PCI Express也有多种规格,从PCI Express 1X到PCI Express 16X,能满足现在和将来一定时间内出现的低速设备和高速设备的需求。当然,要实现全面取代PCI和AGP也需要一个相当长的过程,就像当初PCI取代ISA一样,都会有个过渡的过程。


CompactPCI/PXI总线有替代VME/VXI总线趋势



VME/VXI总线继续在军事设备和大型测试系统方面占有一定的市场份额,但已经受到CompactPCI/PXI产品的强有力冲击。标准AT96总线工控机在军事装备和工业现场得到进一步应用。随着CompactPCI总线冗余设计技术、热插拔技术、自诊断技术的成熟,构造高可用性系统的简化,CompactPCI/PXI总线工控机技术将得到迅速普及和广泛应用,成为国内继STD总线工控机、IPC工控机之后最具普及前景的新一代高性能工控机。


加固性ISA/PCI总线工控机仍然占有一定的市场份额


现在工业控制机已经发生了很大的变化,过去专用的封闭式的架构迅速被PC技术的开放式架构所取代,其中最重要的原因之一就是软件的兼容性。工业控制机用户过去和现在都希望使用与所熟悉的桌面PC机相同的操作系统和开发工具,这就导致了开放式桌面PC在工业环境中的直接应用。然而,桌面PC机技术是面向商用机市场的,而不是相对比较小的工业计算机市场,它不具备工业级性能。由桌面PC技术衍生的ISA总线加固型计算机在工业上得到了相当广泛的应用。


1992年6月,Intel公司开发了快速的开放式PCI总线规范,作为局部和低层次的内部处理器总线。在两年之内几乎每个处理器制造商都将PCI作为计算机内部芯片级互连总线,而且自然地发展成了板级互连总线。1995年6月PCI SIG正式公布了PCI 局部总线规范2.1版,同时PICMG推出了第一个标准PCI/ISA无源背板总线标准,这样,加固型PCI/ISA总线工控机问世了。


虽然加固型工控机对基于大母板的桌面机进行了工业化改造,但其背板技术仍然存在许多缺点:不良的热设计、不良的连接方式、不标准的模板尺寸等。虽然可维护性和可靠性得到了改进,但仍然不能满足工业控制要求。目前PCI/ISA工控机主要做控制系统的检测和管理机使用。

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