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IPC（Industry Personal Computer）簡稱工控機，在惡劣的環(huán)境下使用，對產(chǎn)品的易維護性、散熱、防塵、產(chǎn)品周期、甚至尺寸方面都有著嚴格的要求。因此在設(shè)計和選擇工控機平臺的時候，考慮的更多的是機構(gòu)的設(shè)計，然后才是對性能等的考慮。首先我們先來談?wù)劰た貦C機設(shè)計的理念：
1、工控機的尺寸設(shè)計
工控機在很多情況下使用是應(yīng)用于某個系統(tǒng)之中，因此常常被放置在某個設(shè)備之中或上架。因此對尺寸有較嚴格的要求。根據(jù)用戶的使用情況，分為上架式和壁掛式兩種設(shè)計。
上架式：現(xiàn)在市場上最為常見的研華工控機IPC－610就是標準的4U高度19英寸上架式機箱。可以應(yīng)用在標準的機柜之中。
工控機的架構(gòu)分析
針對客戶的不同需求，我們會提供1U、2U、3U、4U、5U和7U高度的機箱。
一般來說，在1U或2U的機構(gòu)設(shè)計上面。由于機箱體積有限，但CPU的功耗日益加大（最新的P4CPU功耗已超過100W），因此內(nèi)部散熱風(fēng)流設(shè)計變成了廠商面臨的最大問題。而機構(gòu)散熱設(shè)計的功力在很大程度上反映了一個廠商的技術(shù)實力。（關(guān)于機構(gòu)散熱的設(shè)計我們會在后期的文章中討論）。
對于1U工控機多用于對體積要求較高的電信領(lǐng)域，大多配合上架使用，工控機廠商通過PICMG1.0架構(gòu)的CPU卡的體積優(yōu)勢，配合1U高度的蝶型底板，可支持最高2個PCI全長卡。從而滿足某些要在1U機箱中集成某些特殊規(guī)格卡的用戶需求。
對于4U，7U的機構(gòu)設(shè)計，由于機箱的體積變大，在狹小機箱中面臨散熱因素已不是主要考慮因素。因此如何合理的利用機箱空間在有限的空間內(nèi)提供更多的驅(qū)動器托架、如何提供多個擴展卡槽位、如何支持雙CPU卡、如何抗振動、如何易于維護等因素變成機構(gòu)設(shè)計的主要考慮因素了
此外，由于某些設(shè)備制造商需要把控制中心（IPC）放置在其設(shè)備之中。因此對工控機的體積有較為嚴格的要求。傳統(tǒng)的上架式19英寸機箱體積基本很難滿足要求，因此針對此種客戶需求，推出了壁掛式的機箱。例如研華的IPC－6606/6608壁掛機箱系列。這類機箱由于體積小，并且應(yīng)用環(huán)境在某設(shè)備內(nèi)部，因此設(shè)計理念也重在散熱和擴展性能上。
這次我們簡單討論了工控機的尺寸上面的設(shè)計 ，工控機根據(jù)應(yīng)用需求整體上可以分為兩大類上架式工控機和壁掛式工控機，后面我們將會從機構(gòu)設(shè)計的散熱、抗振、防塵、易于維護、防EMC等角度慢慢來和大家一起探討工控機的獨特特性。
上面我們討論了工控機在體積方面的設(shè)計，由于使用方式的不同，大致可以分為上架式和壁掛式兩大類。這期我們會來討論一下工控機內(nèi)部機構(gòu)設(shè)計的理念。
早期的工控機就是一個質(zhì)量更好的PC。但是隨著時間的推移，工控機架構(gòu)有了本質(zhì)上的變化，根據(jù)用戶使用環(huán)境的變化，演變成了現(xiàn)在流行的底板加插卡的架構(gòu)。這種架構(gòu)主要有如下的優(yōu)點：
維護時間減少
隨著工控機被大量用于工業(yè)現(xiàn)場，基于母板的系統(tǒng)是不靈活的，為了修復(fù)或更新系統(tǒng)需要更換整個母板。更換母板需要在母板拿走之前把所有的插卡和電纜都拔掉。這就導(dǎo)致修復(fù)或更新時系統(tǒng)停機時間增加，這在工控現(xiàn)場是不可接受的。
因此工程師們想到另外一個方法，取消母板架構(gòu)，而把核心的CPU處理單元做在一張插卡上，其它的擴展界面則做在底板上，底板是由一些連接器和無源器件組成的。這種結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)更新和修復(fù)簡單而且停機時間最少。這種設(shè)計理念影響了整個工控機的發(fā)展。現(xiàn)在我們ECG事業(yè)群的PC104總線技術(shù)的嵌入式小板也和這種理念有異曲同工之妙。
研華第一款BP架構(gòu)的產(chǎn)品出現(xiàn)在1991年，早期由于沒有PCI總線，該款產(chǎn)品是基于ISA總線的。后來PCI總線技術(shù)成為PC技術(shù)的主流時，1994年，PICMG組織及時在無源底板結(jié)構(gòu)中導(dǎo)入了PCI技術(shù)，制定了基于ISA/PCI技術(shù)的PICMG1.0標準。
極佳的擴展性
PICMG1.0標準除了上文所闡述的系統(tǒng)更新和修復(fù)時間短的主要優(yōu)點外，還存在另外一個主要優(yōu)點：具有極佳的擴展性。
工業(yè)現(xiàn)場使用工控機做控制核心，會接上多種擴展卡，擴展卡以早期的ISA卡、主流PCI卡為主，比如我們研華IAG部門的多種采集卡和測量卡。而視用戶需求，所使用的ISA、PCI槽也不同。舉例來說，某些傳統(tǒng)的數(shù)控機床廠家，為保障其早期在ISA技術(shù)上的投資，會采用傳統(tǒng)的ISA控制卡為主。而一些從事視頻監(jiān)控的廠家，由于ISA帶寬根本無法滿足苛刻的視頻帶寬需要，必然要采用PCI視頻捕捉卡，但是也許會同時選擇幾個ISA界面的IO卡配合攝像頭云臺使用。因此用戶對ISA和PCI插槽的需求多種多樣。
傳統(tǒng)的商用母板上PCI、ISA數(shù)量固定，早期主板由于面積所顯，一般僅提供3個PCI，3個ISA槽，后來ISA在民用市場面臨淘汰，因此諸多商用主板廠商基于成本考量，取消ISA槽，或僅提供一個ISA槽。因此對于工控用戶的多樣性，商規(guī)主板提供的槽數(shù)難免捉襟見肘。PICMG1.0無源底板標準最高可提供20槽，所提供的ISA、PCI數(shù)量也可根據(jù)用戶需求隨意調(diào)整。
優(yōu)秀的散熱特性
此外采用PICMG1.0架構(gòu)也有助于整體系統(tǒng)的散熱，當然，底板加插卡的物理架構(gòu)還有一些缺陷，例如，金手指處容易氧化，槽部位容易在振動的情況下松動，因此不太適應(yīng)那些具有腐蝕性和振動性的環(huán)境下。對于這些情況，業(yè)界推出了基于PICMG2.0規(guī)范的CompactPCI技術(shù)，但由于價格、開發(fā)難度等因素，CompactPCI在一段時期內(nèi)較難進入主流市場。因此研華針對這種情況推出的工業(yè)母板系列作為補充（后文會來探討工業(yè)母板的市場）。
據(jù)統(tǒng)計，灰塵、散熱、靜電是造成計算機不穩(wěn)定的三大主要因素。但商用PC機由于使用環(huán)境的不同，僅在散熱方面遵守AT、ATX、乃至最新的BTX架構(gòu)，而灰塵和靜電問題在普通使用環(huán)境下并不突出，因此商用PC對此考慮很少。
但工控機使用環(huán)境比較特殊，經(jīng)常在高溫、粉塵、供電條件不好的環(huán)境下運行，并大多是在7X24小時環(huán)境下運行。而由于架構(gòu)的不同，商用PC的機箱設(shè)計理念也不能直接照搬到工控機。因此在散熱、防塵方面工控機必須有自己的設(shè)計理念，散熱的好壞直接影響到工控機的穩(wěn)定性，下面我們重點來介紹一下工控機在散熱和防塵的特性。
