ЦСУА 8.1

Л е к ц и я 8 Промышленные pc - совместимые компьютеры

В отличие от офисных персональных компьютеров, промышленные компьютеры разработаны для работы в жестких условиях эксплуатации (наличие пыли, экстремальных механических и климатических воздействий, а также интенсивного электромагнитного излучения).

Промышленные компьютеры оснащены высокоскоростными охлаждающими вентиляторами и воздушными фильтрами, которые обеспечивают приточно-вытяжную вентиляцию внутри шасси. Постоянный приток воздуха создает избыточное давление внутри корпуса. Подобная система вентиляции предотвращает попадание пыли в корпус и обеспечивает его охлаждение. Эти меры обеспечивают надежную работу IPC даже при температуре окружающей среды до +50C.

Вибрация и удары. Большинство промышленных компьютеров поставляются с фиксирующими приспособлениями для плат и ударозащищенными отсеками для дисковых накопителей.

Электромагнитное излучение (ЭМИ). Промышленные компьютеры изготавливаются из высококачественной стали со специальным покрытием для защиты от ЭМИ. Источники питания также невосприимчивы к выбросам напряжения в сети, перенапряжениям и колебаниям напряжения.

Промышленные процессорные платы как правило имеют сторожевой таймер, который непрерывно следит за работой системы. В случае непредвиденной остановки функционирования системы сторожевой таймер генерирует аппаратный сигнал сброса.

Отказоустойчивым промышленным компьютером является компьютер, снабженный системой обнаружения неисправности шасси и выдачи сигнала тревоги. Контролируется исправность источника питания, вентиляторов и температура внутри блока. При возникновении неисправности вырабатывается звуковой и световой сигналы.

Резервные источники питания с возможностью «горячей» замены. Источник питания состоит из двух независимых блоков питания, мощностью 300 Вт каждый, которые в нормальном режиме работают с частичной нагрузкой. Когда один блок выходит из строя, другой автоматически переключается на полную нагрузку без нарушения работы системы. При этом подается звуковой и световой сигналы тревоги, предупреждающие пользователя об аварийном режиме работы. Устранение неисправности производится путем замены вышедшего из строя блока питания при работающей системе.

ЦСУА 8.2

Основные отличительные особенности IBM PC совместимого промышленного компьютера по архитектуре.

1. «Сторожевой таймер», автоматически перезапускающий систему в случае ее зависания.

2. Поддержка работы с твердотелыми накопителями на базе флэш-памяти в приложениях, где обычные механические НЖМД не подходят по своим характеристикам.

3. Хранение параметров конфигурации (SETUP) в энергонезависимом ППЗУ вместо CMOS-памяти с батарейкой.

4. Защита портов ввода/вывода от разрядов статического электричества.

5. Удовлетворяющая особым требованиям система электропитания.

6. Средства обеспечения отказоустойчивости, такие как устройство контроля за системой охлаждения, дублирование важнейших узлов компьютера.

Основные отличительные особенности IBM PC совместимого промышленного компьютера по конструктивному исполнению.

1. Вместо обычной материнской платы, используется пассивная объединительная плата, куда наравне с другим вставляется процессорная плата. Это существенно уменьшает время на ремонт системы.

2. Как правило, промышленные компьютеры выполнены в прочном металлическом корпусе, предназначенном для монтажа в стойку.

3. Применяются специальные приспособления для крепления плат и дисковых накопителей, обеспечивающие повышенную ударо- и вибропрочность.

4. Применятся специальная система воздушного охлаждения с пылеулавливающим фильтром, обеспечивающая внутри корпуса компьютера положительное давление очищенного воздуха.

5. Отсек с накопителями может снабжаться запираемой дверцей, защищающей их от загрязнений и несанкционированного доступа.

6. Число гнезд расширения может достигать 20 в отличие от 5-7 в офисных компьютерах.

Особый класс промышленных компьютеров представляют собой так называемые промышленные рабочие станции, где в едином корпусе размещены собственно промышленный компьютер, дисплей и клавиатура. По передней панели такие компьютеры могут иметь степень защиты IP65, то есть быть полностью пыленепроницаемыми и выдерживать направленную под любым углом сильную струю воды.

ЦСУА 8.3

Одним из первых разработчиков промышленных контроллеров, программно и аппаратно совместимых с персональными компьютерами является фирма Octagon (США). Для эксплуатации оборудования в промышленных условиях разработчикам пришлось применить много оригинальных технических решений.

Для повышения устойчивости к вибрациям размеры плат были уменьшены до 114*124 мм, за что такие контроллеры получили название Micro PC. Отказ от объединительной материнской платы и замена ее конструктивом с разъемами в котором обеспечивается жесткая фиксация платы как минимум с трех сторон, позволяют таким контроллерам выдерживать вибрации до 5g и удары до 20g. Кроме того, такой конструктив обеспечивает возможность быстрой замены платы. По разъему шины в промышленных контроллерах сохранена структура шины PCI, что позволяет вставлять платы Micro PС в офисные компьютеры и производить на них отладку программного обеспечения.

Для повышения отказоустойчивости все компоненты Micro PC от микросхем до модулей в сборе проходят 100% контроль. Такой жесткий контроль качества позволил гарантировать среднее время наработки на отказ (MTBF) порядка 200000 часов. Контроллеры Micro PC используются на космических кораблях Space Shattle, подводных аппаратах, самолетах и железнодорожном транспорте. Фирма имеет международный аттестат качества ISO9001, включающий в себя гарантии качества проектирования, изготовления и выходного контроля.

Для расширения рабочего диапазона температур в модулях Micro PC используются только элементы, выполненные по КМОП-технологии. Наряду со значительным снижением энергопотребления такой подход позволяет применять контроллеры в герметичных конструктивах, без вентиляции. При этом рабочий диапазон температур большинства изделий составляет от -40 до +85С.

Для обеспечения совместимости с программным обеспечением персональных компьютеров в контроллеры -устанавливается ПЗУ с зашитым ядром операционной системы DOS 6.22. Однако пользователь имеет возможность использовать любое программное обеспечение в рамках операционных систем Windows NT/95/98/ QNX, Linux.

Также для ускорения разработки прикладных программ могут использоваться специальные инструментальные пакеты и библиотеки (UlyraLogik, RTKernel и др.

ЦСУА 8.4

Примером процессорных плат производства фирмы Octagon является процессорная плата 5066 586, имеющая следующие основные технические характеристики:

Процессор AMD 5*86/133 МГц

DOS 6.22 в ПЗУ

Совместимость с ОС Windows, Windows NT, QNX

Bios Phoenix с промышленными расширениями

Система снижения потребляемой мощности

Электронный флэш диск 2 Мбайт с файловой системой

Озу до 33 Мбайт

Последовательные порты Com1 и Com2

Универсальный параллельный порт с поддержкой режимов EPP и ECP и интерфейса НГМД

Сторожевой таймер

Программа самодиагностики в ПЗУ

Оптоизолированный вход внешнего аппаратного прерывания

Электрическая защита внешних интерфейсов до 6 кВ

Средняя наработка на отказ 13,6 лет

Питание +5 В при токе потребления от 300 до 920 мА

Диапазон рабочих температур -40 до +85С

Габаритные размеры 124,6*114,3 мм

Область применения:

Системы управления реального времени.

Управление движением

Системы контроля производства и распределения энергоресурсов

Распределенные системы управления

Автоматизированные мобильные системы

Высокопроизводительные сети

Высокоскоростной сбор данных

В зависимости от решаемой задачи пользователь может определять конфигурацию контроллера, комплектуя его помимо платы центрального процессора модулями обмена информацией с внешними устройствами.

ЦСУА 8.5

Для ввода/вывода аналоговых сигналов применяется 12-разрядный модуль аналогового ввода/вывода 5710.

Подсистема аналогового ввода имеет быстродействие 70000 выборок в секунду. Аналогово-цифровое преобразование может быть запущено как от модуля центрального процессора, так и по сигналу от встроенного счетчика/таймера. Счетчик/таймер может быть также применен в качестве формирователя последовательности импульсов и счетчика событий.

Диапазон рабочих температур -40 - +85С

16 однополярных или 8 дифференциальных каналов аналогового ввода, 2 канала аналогового вывода

12 разрядов ЦАП/АЦП

Коэффициенты усиления 1, 10, 100

70000 выборок в секунду

Три 16 – разрядных счетчика/таймера

19 линий дискретного ввода-вывода

Питание напряжением 5 вольт.

Среднее время безотказной работы 70,2 года.

Ввод/вывод дискретных сигналов обеспечивается с помощью модуля дискретного ввода/вывода 5600

Обеспечивает возможность контроля положения и управления коммутационными аппаратами, управления ТТЛ совместимыми входами и единичными индикаторами, а также организации взаимодействия с модулями гальванической развязки.

Диапазон рабочих температур -40 - +85С

96 линий ввода-вывода

Логические уровни совместимые с ТТЛ

Возможность подключения до 4 панелей модулей гальванической развязки

Непосредственное управление светодиодными индикаторами

Питание напряжением 5 вольт.

Среднее время безотказной работы 169 лет.

Для организации интерфейса оператора в состав изделий, производимых Octagon, входят малогабаритные промышленные клавиатуры и жидкокристаллические индикаторы:

1. Матричная клавиатура KP-1

Матричная клавиатура предназначена для организации упрощенных компактных консолей оператора в системах на базе модулей центрального процессора и микроконтроллеров, производимых Octagon. Подключение клавиатур к портам модулей дискретного ввода/вывода и центрального процессора осуществляется через специальные кабели, которые входят в комплект поставки клавиатуры.

ЦСУА 8.6

Клавиатура КР-1 выполнена на основе герметизированных эластомерных замыкающих контактов без перемещения клавиш при нажатии. Имеется возможность герметизации клавиатуры с помощью силикатного клея в месте установки на панель. Ресурс каждой клавиши составляет около 3000000 нажатий.

2. Жидкокристаллическая индикаторная панель LCD 4*20.

Предназначена для создания операторских консолей с малым энергопотреблением. ЖКИ-панели имеют высокую контрастность и оснащены подсветкой на базе светодиодного индикатора с возможностью регулировки яркости. Расстояние с которого могут восприниматься отображаемые символы составляет 1,8 метра. Имеется возможность вывода символа в любую позицию области отображения, а также горизонтальной и вертикальной прокрутки отображаемой информации.

Высота символов 4,8 мм

Напряжение питания 5 вольт

Потребляемый ток

Без подсветки не более 15 мА

С подсветкой не более 480 мА

Диапазон рабочих температур -40 - +85С

Кроме того в номенклатуре изделий имеются модули сетевого обмена, для организации компьютерных сетей и работы с стандартным оборудованием персональных компьютеров принтерами, мониторами: