工控机的设计分析与选择
工控机
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。
研华工控机选型手册简介
1. RS-232 COM 端口 x3
7. 电源开关
2. RS-232/422/485 COM 端口 8. 10/100B-T Ethernet
3. USB2.0 Host x 2
9. CF卡
4. PCI-104 槽
10. PS/2 x 2
5. 保险丝
11. 并口
6. 电源插口
4
5 10 3 8 11
专为运行 Windows® CE 而设计
采用相同LCD尺寸,都使用相同的外壳设计，同时使用相同的开 口尺寸。
丰富的 I/O 接口选项，包括串口、以太网端口和一个CAN 总线 端口，具有无线功能。
多个串口和以太网端口
CF 卡安装： 易于插拔，用于 外部存储
支持 Windows® CE 4.2/5.0
9
9
7
62
1
X86系统15”触摸式平板电脑(TPC)
TPC-1570H 系列
带有15”XGA TFT LCD 的Intel Celeron M 触摸式平板电脑(TPC)
1. RS-232 COM 端口 x 2 2. RS-232/422/485 COM 端口 3. VGA 4. USB2.0 Host x 2 5. 保险丝 6. 电源插口 7. 电源开关
4
触摸式平板电脑(TPC)概述
无风扇系统结构
无风扇系统： 整体采用无旋转机械部件(无风 扇)大幅提高系统可靠度。这种系统易于维护， 无需更换风扇滤网，使用低功耗 CPU和经过精 密计算与验证的整体散热结构进行散热。
符合 NEMA4 / IP65 标准
成熟工业设计
TPC 设计非常适合于工业应用。 该系列产品前 面板符合 NEMA4/ IP65 防护标准，使用满足工 业需求的 18～32VDC 电源范围此外，当用于电 源保护的保险丝损坏后可以非常方便的进行更 换。
《基于机器视觉的工件识别与定位系统的设计与实现》
《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
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》
《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
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
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。
一种通用工控机电源的分析与设计
的优势在于 ： 电源采用 了高频开关 技术 ， 控 制电路
使 用 了集 成 脉宽 调 制 器 ： 变换 器 磁 芯选 择 了铁 氧体
出二次稳压电路等部分 。
针对 电源 输 出要求 。 输入 电压 经 过滤 波 整 流之
磁芯 ， 使电源的功耗和体积都有 了明显 的减小。电 源结构是独立 的插件形式 ， 安装 、 调试 、 维修都 比较
方便 ，功 率器 件 直接 用 螺 钉 紧 固在 电源框 架 上 ． 这 样 有 效 地 改善 了 电源功 耗 的散 热 条 件 。 电源 置 于机 箱 下 盖板 且 直 接 和设 备 相 连 ， 散 热 面直 接 和外 界 环
后， 电源功率变换采用反激拓扑电路结构 ． 由Ｐ ＷＭ
芯片 Ｕ Ｃ ２ ８ ４ ３ Ａ Ｄ控 制 变换 器 工 作 ， 产生＋ ５ Ｖ ／ ６ Ａ． ＋ １ ２ Ｖ ／ ３ Ａ， 一 ５ Ｖ ／ ５ ０ ０ ｍ Ａ， 一 １ ２ Ｖ ／ ５ ０ ０ ｍ Ａ 共 ４路 输 出 。输 出 的 ＋ ５ Ｖ作 为 Ｐ ＷＭ 控 制 回路 的 主 反 馈 回
输入 ２ ２ ０ Ｖ（ １ ± ｌ ０ ％） 、 频率 ５ ０ ＋ ＿ ５ Ｈｚ 市电。 经 高
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ６ — ２ ４
根据系统提出的技术指标要求 ， 考虑 电源的体
—
．
５ ４— —
国 厕
积 结 构后 ， 决定 采 用反 激 式 电路 设 计 方案 。该 方 案 整 流 电路 、 辅助源 、 Ｐ ＷＭ 控制 器 、 功 率 变 换 电路 、 输
好
该电源共 ４ 路输 出电压 。 总功率 ７ ４ ． ５ ｗ。
电源输 出指标 如表 １ 所列 。
工控机工作温度范围标准
工控机工作温度范围标准工控机工作温度范围标准是指工控机能够正常工作的温度范围。
作为一种特殊的计算机设备，工控机在工业控制、自动化领域发挥着重要作用。
由于工业环境通常具有较高的温度、湿度、震动等特点，因此工控机需要具备较高的耐温性能。
下面将从工业环境的特点、影响工控机工作温度的因素以及工控机的耐温性能等方面展开阐述。
工业环境的特点是工控机工作温度范围标准制定的重要基础。
相对于一般办公环境下的计算机设备，工业环境的温度通常较高。
在一些特殊行业，如冶金、钢铁、玻璃等行业，工作环境的温度甚至可以达到几百摄氏度。
同时，工业环境还存在着较高的湿度、较强的震动、尘埃等因素。
这些特点决定了工控机需要具备较高的耐温性能，以满足工业环境的需求。
影响工控机工作温度范围的因素主要包括以下几个方面。
首先是工控机的硬件设计。
工控机的硬件设计需要考虑散热问题。
在高温环境下，如果工控机无法有效散发热量，就会造成设备过热，从而导致设备性能下降甚至损坏。
因此，工控机的硬件设计应考虑良好的散热结构，并采用高效的散热材料，以保证设备在高温环境下的正常运行。
其次是工控机的操作系统和软件。
不同的操作系统和软件对于温度范围的要求也不同。
一些操作系统和软件对于温度的要求较高，因此需要定制特殊的工控机硬件和软件来满足需求。
最后是外部环境因素。
外部环境的温度、湿度、震动等都会对工控机的工作温度范围产生影响。
因此，工控机的设计需要充分考虑外部环境因素，以便在各种复杂的工业环境中稳定运行。
根据工控机的耐温性能，可以将工控机分为不同的等级。
一般来说，工控机可以分为常规型、高温型、低温型等。
常规型工控机的工作温度范围通常在0℃到50℃之间。
此类工控机适用于一般工业环境，能够满足大部分工业应用的需求。
高温型工控机的工作温度范围可以达到60℃甚至更高。
这类工控机一般采用特殊的散热设计和散热材料，能够在较高温度环境下正常工作。
低温型工控机的工作温度范围一般在-20℃到0℃之间。
工业机器人设计方案
工业机器人设计方案一、项目背景随着制造业的发展和工业自动化的推进，工业机器人在生产线上扮演着越来越重要的角色。
机器人的运用可以提高生产效率、降低劳动成本、减少人力资源浪费等，在制造业中具有广阔的应用前景。
二、项目概述本设计方案旨在设计一种具有自动化操作能力的工业机器人。
该机器人具备运动控制、视觉检测、感知能力等多种功能，可以适应不同工作场景中的操作需求。
三、设计方案1.机械结构设计根据所需的操作能力和工作场景的特点，机械结构应具备稳定性、灵活性和可调节性。
可以采用机械臂的设计，具备多个关节，可进行多轴运动控制。
机械结构材料应选用轻量化、高强度的材料，以保证操作的稳定性和耐久性。
2.运动控制系统设计运动控制系统是机器人的核心，可以通过控制机器人的运动来实现不同的操作需求。
该系统应具备高精度、高速度的运动控制能力。
可以采用伺服电机或步进电机作为驱动装置，结合运动控制算法实现精确的运动。
3.视觉检测系统设计为了实现对环境的感知和对目标对象的识别，可以设计一个视觉检测系统。
该系统可以通过摄像头或传感器获取环境信息，并通过图像处理算法进行处理和分析。
可以使用OpenCV或其他视觉处理库进行图像处理和目标识别，以实现对工作场景和目标的感知。
4.传感器系统设计为了增加机器人的感知范围和感知能力，可以设计一个传感器系统。
该系统可以通过传感器获取环境中的各种参数和数据，以便在处理和决策过程中使用。
常用的传感器包括温度传感器、压力传感器、光传感器等，可以根据实际需求进行选择和配置。
5.控制系统设计控制系统是机器人的大脑，可以根据传感器获取的数据和图像处理结果进行处理和决策，控制机器人的运动和操作。
该系统应具备实时性、稳定性和可靠性，能够适应复杂的工业环境。
可以采用嵌入式系统或工控机等设备作为控制器，结合控制算法实现对机器人的控制。
6.安全保护系统设计为了确保机器人的安全运行，可以设计一个安全保护系统。
该系统可以通过安全传感器、急停按钮等装置，实时监测机器人的状态，当检测到异常情况时，及时采取相应的措施，保障生产和工作人员的安全。
工控机试题及答案
工控机试题及答案一、单项选择题1. 工控机的全称是（）。
A. 工业控制计算机B. 工业控制机器C. 工业控制设备D. 工业控制单元答案：A2. 工控机通常不用于以下哪个领域？（）A. 制造业B. 交通运输C. 家庭娱乐D. 自动化测试答案：C3. 工控机的核心组成部分是（）。
A. 中央处理器（CPU）B. 内存C. 硬盘D. 所有以上选项答案：D4. 以下哪个不是工控机的特点？（）A. 高稳定性B. 高实时性C. 高能耗D. 良好的扩展性答案：C5. 工控机在设计时通常不采用（）。
A. 防尘设计B. 防震设计C. 散热设计D. 易损性设计答案：D二、多项选择题6. 工控机的操作系统可以是（）。
A. Windows XPB. LinuxC. Windows 10D. MacOS答案：A, B, C7. 以下哪些因素会影响工控机的稳定性？（）。
A. 温度B. 湿度C. 电磁干扰D. 软件兼容性答案：A, B, C8. 工控机在工业自动化中的作用包括（）。
A. 数据采集B. 过程控制C. 机器视觉D. 娱乐播放答案：A, B, C三、判断题9. 工控机可以完全替代家用计算机完成所有任务。
（）答案：错误10. 工控机通常需要7x24小时不间断工作，因此对稳定性和可靠性要求极高。
（）答案：正确四、简答题11. 简述工控机与家用计算机的主要区别。
答：工控机与家用计算机的主要区别在于设计目标、使用环境和性能要求。
工控机专为工业环境设计，具有高稳定性、高实时性和良好的扩展性，能够适应恶劣的工作环境，如高温、高湿、震动和电磁干扰等。
而家用计算机则更注重综合性能和成本效益，通常用于日常计算、娱乐和办公等。
12. 工控机为什么需要具备良好的扩展性？答：工控机需要具备良好的扩展性，因为工业应用场景多样，不同的生产线和设备可能需要不同的接口和功能模块。
良好的扩展性允许工控机通过增加或更换硬件模块来适应不同的工业需求，提高其灵活性和适用范围。
工控机电测试题及答案解析
工控机电测试题及答案解析一、选择题1. 什么是工控机？A. 工业控制计算机B. 工业控制机器C. 工业控制系统D. 工业控制设备答案：A2. 以下哪个不是工控机的特点？A. 高可靠性B. 高扩展性C. 低功耗D. 低稳定性答案：D3. 工控机的工作环境温度通常是多少？A. -20°C 至70°CB. 0°C 至50°CC. 5°C 至40°CD. -10°C 至60°C答案：A二、填空题4. 工控机的_________是其区别于普通计算机的一个重要方面。
答案：高可靠性5. 工控机的_________设计可以满足工业现场的特殊需求。
答案：扩展性6. 工控机在_________方面有着严格的要求，以确保长时间稳定运行。
答案：温度控制三、简答题7. 简述工控机的主要用途。
答案：工控机主要用于工业自动化控制领域，它可以作为控制中心，对生产线上的设备进行监控、控制和数据处理，以提高生产效率和产品质量。
8. 工控机与普通计算机相比有哪些优势？答案：工控机相比普通计算机具有更高的可靠性、更强的扩展性、更好的温度控制能力以及更适应恶劣工业环境的能力。
四、计算题9. 假设一个工控机的功率为200W，工作时间为10小时，请计算其一天的能耗。
答案：能耗 = 功率× 时间= 200W × 10h = 2000Wh五、分析题10. 分析工控机在工业自动化中的重要性。
答案：工控机在工业自动化中扮演着核心角色。
它通过精确控制生产线上的各个环节，确保生产过程的连续性和稳定性。
此外，工控机还能实时收集和分析生产数据，帮助企业优化生产流程，提高资源利用率和生产效率。
因此，工控机对于提高工业生产的自动化水平和经济效益具有重要意义。
六、论述题11. 论述工控机在现代制造业中的应用及其对未来制造业的影响。
答案：工控机在现代制造业中的应用非常广泛，它不仅能够实现生产过程的自动化控制，还能通过集成先进的传感器和执行器，实现对生产环境的实时监测和调整。
自动化控制系统设计方案
自动化控制系统设计方案一、引言自动化控制系统是通过使用计算机、传感器、执行器等设备，对工业过程进行监测和控制的系统。
本文将详细介绍一个自动化控制系统的设计方案，包括系统的目标、功能、硬件配置、软件设计以及系统测试等方面的内容。
二、系统目标本自动化控制系统的目标是提高生产过程的效率、减少人力成本，并确保产品质量的稳定性。
通过引入自动化控制系统，可以实现对生产过程的实时监测和控制，提高生产效率和产品质量。
三、系统功能1. 数据采集：系统通过传感器对生产过程中的关键参数进行采集，如温度、压力、流量等。
2. 实时监测：系统对采集到的数据进行实时监测，并生成相应的报警信息，以便及时处理异常情况。
3. 控制策略：系统根据预设的控制策略，对生产过程进行自动控制，如调整温度、压力等参数。
4. 数据存储和分析：系统将采集到的数据存储在数据库中，并提供数据分析功能，以便进行生产过程的优化和改进。
5. 远程监控：系统支持远程监控功能，可以通过互联网实时查看生产过程的状态和数据。
四、硬件配置1. 控制器：选用高性能的工控机作为控制器，具有较大的计算和存储能力。
2. 传感器：根据生产过程的需求，选用适合的传感器，如温度传感器、压力传感器、流量传感器等。
3. 执行器：根据生产过程的需求，选用适合的执行器，如电动阀门、电机等。
4. 通信设备：选用可靠的通信设备，确保系统与远程监控终端的连接稳定。
五、软件设计1. 界面设计：设计直观、易用的界面，以便操作人员能够方便地监控和控制生产过程。
2. 数据采集和处理：编写数据采集程序，实时采集传感器数据，并进行处理和存储。
3. 控制策略设计：根据生产过程的特点，设计合理的控制策略，实现对生产过程的自动控制。
4. 报警系统：设计报警系统，及时提醒操作人员处理异常情况。
5. 数据存储和分析：设计数据库结构，将采集到的数据存储，并提供数据分析功能。
六、系统测试在系统设计完成后，需要进行系统测试，以确保系统的稳定性和功能完善性。
AGV调度系统的设计
AGV调度系统的设计AGV（Automatic Guided Vehicle）调度系统的设计是为了提高AGV的工作效率和灵活性，实现自动化物料运输和装卸作业。
本文将从系统架构设计、任务调度、路径规划和通信控制等方面展开介绍。
一、系统架构设计上位机可以采用工控机或者服务器来实现，其主要功能包括任务管理、路径规划、调度算法和系统监控等。
下位机一般由嵌入式控制器或者PLC来实现，负责AGV的运动控制和传感器数据的采集等。
通信网络可以采用以太网、无线网络或者CAN总线等方式。
对于大规模的AGV系统，可以采用分布式的架构，将不同区域的AGV和上位机通过网络连接起来，实现集中调度和管理。
二、任务调度任务调度是AGV调度系统的核心功能。
其任务调度算法需要根据实际情况进行设计，综合考虑AGV的数量、任务的优先级、路径的长度和AGV的剩余电量等因素。
任务调度算法可以采用先来先服务（FCFS）、最短路径优先（SPT）或者最短时间优先（LPT）等策略。
对于动态任务到达的情况，可以采用最佳适应性调度算法（BAF）来实现动态调度。
为了保证任务调度的准确性和及时性，可以设置任务队列和任务优先级机制。
任务队列用于存储待执行的任务，任务优先级机制可以根据任务的紧急程度和重要程度来确定任务的优先级。
三、路径规划路径规划是AGV调度系统中的另一个关键功能。
路径规划算法需要根据地图信息、AGV的位置和目标位置等因素来确定最优路径。
常用的路径规划算法包括Dijkstra算法、A*算法和遗传算法等。
这些算法可以根据地图的复杂程度和AGV的运行速度等因素进行选择和优化。
为了提高路径规划的效率，可以使用地标点和虚拟轨道等技术来优化路径规划算法。
地标点可以用于确定位置和方向，虚拟轨道可以用于分配路径和避免冲突等。
四、通信控制通信控制是实现AGV与上位机之间数据交互的关键环节。
通信控制需要确保数据的及时性和可靠性，以保证任务调度和路径规划的准确性。
高精度工业剪切机控制器的设计
高精度工业剪切机控制器的设计作者：黄琦龙汤金生张朋来源：《科技创新与应用》2013年第12期摘要：以单片机为核心结合传感器技术设计出一种高精度的工业剪切机控制器。
反射式光电传感器将采集到的板材位置信息通过整形电路及A/D转换电路后送入单片机。
单片机根据传感器采集到的信号去精确控制送料电机的转速及剪切机的工作，从而实现高精度的剪切板材。
关键词：单片机；剪切机；反射式光电传感器引言目前国内中小板材生产企业，为了降低生产成本大都采用手工剪切方法实现板材的分割。
手工剪切虽然成本较低但是带来工作效率低，剪切误差大等现象。
很难实现高效的生产经营。
高精度工业剪切控制器是针对中小企业的手动剪切机而设计的一种自动化剪切控制器。
在原先的手动剪切机上安装上控制器后就可以实现全自动高精度的板材剪切工作。
控制器具有成本小，易于安装，效率高、精度准、设备稳定等特点，所以在中小企业具有广泛的市场空间。
1 系统结构设计1.2 MCU软件的设计在本系统中MCU主要有以下三个方面的作用：第一：存储当前待剪切数目，第二：处理传感器信号，第三：输出控制控制信号。
综合考虑设计成本、产品开发周期以及适应性等方面的因素，选择了STC公司推出的51内核的工控机STC89C52RC-40I。
此款单片机是专门应用于工业控制现场，具有很强的抗电磁噪声干扰和抗振动干扰的能力。
3 结果与分析系统运行时的人机交互界面如图7所示，按键电路由6个功能键所组成，分别是位选键、位加键、位减键、开始键、暂停键和停止键。
显示电路由红色的LED数码管构成。
另外在主控处还有3个工作指示灯，其中绿灯是正常工作识别灯，每当程序跑飞时，绿灯会熄灭；黄灯是空闲状态灯；红灯是剪切状态指示灯。
每当系统处于空闲状态时，红灯灭，黄灯亮；处于剪切状态时，红灯亮，黄灯灭。
在工业现场的试验中，剪切6m定长钢板误差的绝对值可以小于1mm。
4 结束语本文设计的高精度工业剪切机控制器具有精度高、自动化程度高、工作稳定等特点，特别适合用于中小企业对手工剪切机的改造升级。
工控机的主要结构有哪些？【全面解析】
工控机的主要结构有哪些？内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展.主要结构1、全钢机箱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。
工控机箱分类：IPC（Industry Personal Computer）简称工控机，或者硬盘录像机，DVR（digital video recording）。
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。
如中昌的工控基本没有这些保护.工控机箱分类：（一）高度一般分1U（44MM*430MM*XX），2U（88*430*XX），3U，4U （176MM*430MM * XX），5U，6U，7U，8U等，一个1U的高度是44MM，其他高度依次类推；（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12”* 13”的主板，必须要520MM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300MM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。
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3、工控机散热剖析
1U和2U的机箱由于体积限制，都采用蝶型背板的设计，并提供模 块化的设计便于用户维护，但由于小风扇的CFM都比较小，因此只 能多采用多风扇来增大风流。
3、工控机散热剖析
壁挂式机箱要求机构设计紧凑以便满足各种不同场合下的应用， 机箱内部寸土寸金，每一个空间都需要合理的应用。但小机箱内部 由于体积所限，采用的风扇功率也不能太大，因此小机箱的散热更 考察设计功底。 总体来说，小机箱里面有两个最重要的散热对象：CPU和硬盘。 下面我们来看看壁挂式机箱IPC－6806的在散热方面的设计及 其后继版本的改进：
4、EMC设计
• 首先、工控机在某些时候要用在有强烈腐蚀性的环境下，例如 海上的海盐、高速公路上排出的汽车尾气、化工厂的气体都具 有强烈的腐蚀性。因此机箱内外表面都必须要做抗腐蚀处理。 • 其次、有时计算机会在振动的环境下工作，在某些特殊的情况 下，振动会导致机箱内的某些电器元件接触到机箱内部表面， 由于机箱内壁导电，所以很容易造成短路，烧毁设备。
2.性能指标
• CPU的位和字长：位：在数字电路和电脑技术中采用二进制，代码只 有“0”和“1”，其中无论是 “0”或是“1”在CPU中都是 一 “位”。字长：电脑技术中对CPU在单位时间内(同一时间)能一次处 理的二进制数的位数叫字长。 • 缓存：缓存大小也是CPU的重要指标之一，而且缓存的结构和大小对 CPU速度的影响非常大，CPU内缓存的运行频率极高，一般是和处理 器同频运作
2、工控机内部机构设计
优秀的散热特性
3、工控机散热剖析
灰尘、散热、静电是造成计算机不稳定的三大主要因素。 • 商用PC机由于使用环境的不同，仅在散热方面遵守AT、ATX、 乃至最新的BTX架构，而灰尘和静电问题在普通使用环境下并不突 出，因此商用PC对此考虑很少。
• 工控机使用环境比较特殊，经常在高温、粉尘、供电条件不好的 环境下运行，并大多是在7X24小时环境下运行。而由于架构的不 同，商用PC的机箱设计理念也不能直接照搬到工控机。因此在散 热、防尘方面工控机必须有自己的设计理念，散热的好坏直接影响 到工控机的稳定性，下面我们重点来介绍一下工控机在散热和防尘 的特性。
3.技术架构
• 制造工艺：制造工艺的微米是指IC内电路与电路之间的距离。制造工 艺的趋势是向密集度愈高的方向发展。密度愈高的IC电路设计，意味 着在同样大小面积的IC中，可以拥有密度更高、功能更复杂的电路设 计。现在主要的180nm、130nm、90nm、65nm、45纳米。最近intel 已经有32纳米的制造工艺的酷睿i3/i5系列了。
一、前言
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。
CPU卡
无源底板 机箱
工控机 其他配件 工业电源
二、工控机机构设计的理念
3、工控机散热剖析
早期的CPU由于功耗问题并不突出，因此工控机的散热不是设计的主要考 虑因素。但随着人们对CPU性能需求的增加，处理器的功耗也日益增加。 Intel LGA775架构的P4处理器最大功耗居然在100W以上。工控机内部的散热问 题也变得日益严峻起来。
3、工控机散热剖析
为了提升散热效果，加大机箱内部风流，采用双风扇的设计。并基于维护考 虑，将双风扇采用模块式的设计理念，固定在一个抽取板上，从而容易更换。 由于采用双风扇后，过滤网的面积加大，因此原有的侧面抽取式过滤网更换 方式无法适用，因此工程师们采用了滤网前置前开口的方式便于抽取滤网。
IPC－6806WH
改进版本IPC－6806W
4、EMC设计 散热口的EMC设计 机箱接缝处的EMC设计 机箱表明的特殊设计
4、EMC设计
• 当我们使用电子设备的时候，就会形成电磁干扰。 EMC （Electromagnetic compatibility电磁兼容性）现象在我们 生活中随处可见。例如我们在看电视的时候，如果手机放 在电视机旁边，在来电时手机信号会干扰电视信号形成雪 花片。而随着日常电子设备的广泛使用，电子设备的EMC 设计正变得日益重要起来。 美国的FCC认证 日本的VCCI认证 欧盟的CE认证 中国的3C认证
4、EMC设计 由于用途的不同，商用PC通过的EMC认证和工控机 的EMC认证侧重点是不同的。 • 商用PC的EMC认证更偏向PC机本身对人体的辐射 量的考虑，所以在用料和机箱设计上都基于这个方面 考虑的。 • 工控机的应用环境较为复杂，EMC认证涉及的范 围也更为广泛，除了考虑工控机的电磁辐射干扰外， 防止外界的各种因素对工控机内部设备造成的干扰也 是一个EMC设计要点。 • 商用PC的EMC设计是对内的，工控EMC设计是双向 的
4、EMC设计 • 无论工控机还是商用机，EMC设计中的最首先考 虑的是板卡本身的EMI（电磁干扰）设计 。 • 现代工控板都采用6层板设计，并在PCB走线时严 格遵循了时钟线等长的概念, 采用减少电磁辐射 （EMI）阻抗设计与串音。 • 但由于处理器的频率的提升，单纯依靠板卡本身 在EMI方面的设计无法充分满足EMC认证的要求。 因此工控机机箱的EMC设计变得更为重要了。
工业控制计算机
一、前言
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。
4、EMC设计 • 但工控机的使用环境复杂多变，某些环境是具有较强的
振动性的，采用EMI弹片设计容易在振动的环境下失去弹 片的弹性。 • 工控机采用的机箱材料为1.2mm的优质钢板，本身具有优 秀的抗形变特性，由于工控机机箱多为卧式的，顶部钢板 自身的重量和钢材特性已经能够保证机箱壁之间的严密接 触。优秀的工控机机箱在不采用EMI弹片的时候也完全可 以通过CE，FCC等EMC认证。
三、CPU
1.发展历史
• 运算核心和控制核心 • PⅢ PⅣ PD 酷睿 酷睿2
2.性能指标
• 主频：主频也叫时钟频率，单位是兆赫（MHz）或千兆赫（GHz），用 来表示CPU的运算、处理数据的速度。CPU的主频=外频×倍频系数。 主频和实际的运算速度存在一定的关系，但并不是一个简单的线性关系. • 外频：外频是CPU的基准频率，单位是MHz。CPU的外频决定着整块主 板的运行速度。在台式机中，所说的超频，都是超CPU的外频。 • 前端总线(FSB)频率： 前端总线(FSB)频率(即总线频率)是直接影响 CPU与内存直接数据交换速度。有一条公式可以计算，即数据带宽=(总 线频率×数据位宽)/8。 • 外频与前端总线(FSB)频率的区别：前端总线的速度指的是数据传输的速 度，外频是CPU与主板之间同步运行的速度。也就是说，100MHz外频 特指数字脉冲信号在每秒钟震荡一亿次；而100MHz前端总线指的是每 秒钟CPU可接受的数据传输量是100MHz×64bit÷8bit/Byte=800MB/s。
4、EMC设计
• 而工控机在内部的喷漆处理使得机箱内壁不导电，可以杜绝这 类现象的发生。但是正所谓成也萧何、败也萧何，正是因为这 些不导电的机箱内壁对工控机的 EMC 设计有着更高的挑战。 工控机由于内壁也进行了烤漆处理，因此机箱表面不导电，无 法象商用 PC一样形成等地体，因此只得在部分位置处留出没 有喷漆的接触面，形成导电体，在整个机箱表面形成等势体， 处理工艺较为复杂。
• 商用PC上所见到的，是上面这样的散热孔径，圆形而多孔。
• 实际上防止电磁泄漏的设计标准对散热孔径的大小，以及形状是有诸 多限制的，研究实验表明，方形孔径要比圆形孔径具有更出色的防止电 磁泄漏效果。
4、EMC设计 机箱接缝处的EMC设计
• 根据理论，当机箱上两个接触点之间的距离大于0.25xλ（波长 符号）时，两点之间就会很容易泄漏出有害的电磁辐射。因此 在机箱接缝处的设计，也是考察EMC设计功底的一个重要指标。 • 现在商用PC机的机箱钢板厚度仅为0.6mm，钢板的强度有限， 难以保证机箱本身受力后不产生形变，并且由于现在商用PC基 本多是立式机箱，因此侧开口的面板也难以保证接缝处的紧密 结合，为了克服这些现象，一些高档商用PC在机箱的接缝处留 有EMI弹片设计。
4、EMC设计 散热口的EMC设计 • 无论对内还是对外，对付电磁辐射最好的方法就是用 一个全密封的金属盒子把电磁辐射体遮蔽起来，而且 屏蔽用的金属层越厚越好。 • 但是由于散热、外接扩展设备的因素。无论商用PC还 是工控机，都无法做到严格密封的状态。机箱关于防 止电磁泄漏设计很重要的一点就是关于散热和电磁泄 漏之间的良好平衡性设计，既要充分散热，也需要兼 顾到电磁兼容方面的设计。
2、工控机内部机构设计
极佳的扩展性:
传统的商用母板上PCI、ISA数量固定，早期主板由于面积 所显，一般仅提供3个PCI，3个ISA槽，后来ISA在民用市场 面临淘汰，因此诸多商用主板厂商基于成本考量，取消ISA槽， 或仅提供一个ISA槽。因此对于工控用户的多样性，商规主板 提供的槽数难免捉襟见肘。PICMG1.0无源底板标准最高可提 供20槽，所提供的ISA、PCI数量也可根据用户需求随意调整。
易维护性：
随着工控机被大量用于工业现场，基于母板的系统是不灵 活的，为了修复或更新系统需要更换整个母板。更换母板需要 在母板拿走之前把所有的插卡和电缆都拔掉。这就导致修复或 更新时系统停机时间增加，这在工控现场是不可接受的。 因此工程师们想到另外一个方法，取消母板架构，而把核 心的CPU处理单元做在一张插卡上，其它的扩展界面则做在 底板上，底板是由一些连接器和无源器件组成的。这种结构使 得系统更新和修复简单而且停机时间最少。这种设计理念影响 了整个工控机的发展。
4、EMC设计