工控機在高速公路行業的應用現狀及發展趨勢

[前言]
　　針對目前如火如荼的ITS（Intelligent Transportation System智能交通系統）,本文通過詳細介紹工控機的發展現狀及結構特點，結合在公路機電工程中的應用情況及發展趨勢，旨在讓更多的業主和集成商能進一步了解工控產品，以選擇更適用、更好用的產品，使系統的使用、維護、管理發揮更大的作用，創造出更高的效率。
　　[定義]
　　工控機即工業控制計算機，是一種采用總線結構，對生產過程及其機電設備、工藝裝備進行檢測與控制的工具總稱。具有重要的計算機屬性和特征如具有計算機CPU、硬盤、內存、外設及接口、并有實時的操作系統，控制網絡和協議，計算能力，友好的人機界面。
　　[分類]
　　1983年工控機被列入國家計算機系列型譜及發展規劃，當前我國工控機的主要類別有：IPC(PC總線工業電腦簡稱工業PC)、 PLC（可編程控制系統）、DCS（分散型控制系統）、FCS（現場總線系統）及CNC（數控系統）五種。據IDC統計2000年國內各自的市場比例對比見附表一：
　　

　　
　　由于IPC（工業PC）可充分利用計算機技術的進步，便于更新換代，所運行的軟件與普通PC完全一樣，便于軟件的開發和調試，所以是目前發展應用最快的機型，其它的各種類型的工控機在早期的公路收費系統中有應用，但現在已不再采用。
　　[IPC結構]
　　IPC：即基于PC總線的工業電腦。據2000年IDC統計目前PC機已占到通用計算機的95％以上，因其價格低、質量高、產量大、軟、硬件資源豐富，已被廣大的技術人員所熟悉和認可，這正是工業電腦熱的基礎。其主要的組成部份為工業機箱、無源底板及可插入其上的各種板卡組成如CPU卡、I／O卡等。并采取全鋼機殼、機卡壓條過濾網，雙正壓風扇等設計及EMC（electro magnetic compatibility）技術以解決工業現場包括高速公路現場的電磁干擾、震動、灰塵、高／低溫等問題。
　　[IPC特點]
　　1) 可靠性：工業PC具有在粉塵、煙霧、高／低溫、潮濕、震動、腐蝕和快速診斷和可維護性，其MTTR （Mean Time to Repair）一般為5min，MTTF 10萬小時以上，而普通PC的MTTF僅為10000～15000小時。
　　 2) 實時性，工業PC對工業生產過程進行實時在線檢測與控制，對工作狀況的變化給予快速響應，及時進行采集和輸出調節，（看門狗功能這是普通PC所不具有的）遇險自復位，保證系統的正常運行。
　　3) 擴充性，工業PC由于采用底板＋CPU卡結構，因而具有很強的輸入輸出功能，最多可擴充20個板卡，能與工業現場的各種外設、板卡如與道控制器、視頻監控系統、車輛檢測儀等相連，以完成各種任務。
　　4) 兼容性，能同時利用ISA與PCI及PICMG資源，并支持各種操作系統，多種語言匯編，多任務操作系統。
　　[廠商介紹 ]
　　目前國內的工控機供應商主要由臺灣及大陸的廠商，國外的RADISYS、ROCKWELL、INTEL等產品由于成本高、價格高、服務難、現已完全退出國內市場。隨著國內的IT業研發，加工技術力量的不斷提升，及各類芯片和各類器件、生產設備在國際市場基本可平等選購，其時間和價格相差有限，軟件資源的可移植性可節省大量的人力、物力這正是目前國內通用計算機業迅速發展的原因。如聯想電腦、曙光服務器等。現狀對于國內的工控機廠商同樣是機會，如深圳研祥工控則是在商機中涌現出來的優秀廠商之一，現國內市場主要工控機廠商有臺灣的研華、威達、磐儀、大眾、大陸的研祥、研發、華北等。
　　［應用］
　　1） 收費系統高速公路的收費系統大體上經歷了三個時期：手工收費、計算機收費、ETC（ELECTONIC TOLL COLLECTION不停車收費）。在收費系統的第二個時期才開始使用工控機，主要使用的機型為19″寬、4U高的通用型標準主機，其體積較大，如研祥的IPC-810研華的IPC-610整機（體積為177 MM高 X482 MM寬X452 MM深，可同時擴充4個PCI、8個ISA、2個PCISA卡及各種外設，如通行券讀寫機、收費專用鍵盤、收費票據打印機、電動/手動欄桿機、車輛檢測儀、車型顯示儀、費額顯示器、監控系統和對計、報警設備、信號燈、MODEM等。由于收費亭本身狹小、體積龐大的工控機加上部分資源的閑置，因而工業PC廠商依市場的需求推出體積更狹小的工業PC機箱（體積為170MM高*166MM寬*395 MM深），如研祥的IPC-6806、研華的IPC6806，不僅大大的減小了體積，并且進一步提高了資源的利用率。如果說在計算機的收費時期，工控機的應用要求更趨于小型化，則在ETC時期將趨勢于一體化、行業化，工控機、車道控制等設備將融為一體，但由于目前國內ETC暫無統一標準，系統集成商均是各成一體，互不兼容，但若國家相關部門能盡快制定出各相關的行業規范、接口標準后，屆時全國的公路將融成一網，一卡通不停車收費最終真正實現“一卡走遍天下”。
　　2）監控系統：作為高速公路三大機電工程之一的監控系統是一個投資大而直接經濟效短期不明顯的投資。目前的高速公路監控主要分為收費監控和交通監控，經歷的模式有三種：即模擬錄像CCTV、數字化DVR、網絡化DVR。由于CCTV監控時期只是利用CCTV和錄像機進行監視和錄像，完全人工操作。隨著數字、視頻技術的發展及應用，在數字DVR時代，集成商通過采用具備強擴充性（如多硬盤、多ISA/PCI資源等）能長時間穩定運行的工業PC機及視頻采集卡、視頻壓縮卡等組成DVR系統，當車檢儀、車道控制儀檢測到需捕獲圖像時系統就能自動地進行圖像的捕獲與錄像處理。其間使用的工業PC類型也是從大（IPC-810）到小（IPC-6806），但此時期的監控只是著限于收費站（亭）的監控與整條高速公路的其它監控或信息系統并未連成一體，隨著網絡技術的發展及ITS的應用與要求，工業PC廠商，通過在CPU卡（主板）上集成提供高性能的LAN如研祥的IPC-68IIVDNF（B）、IPC1621VN、研華的PCA-6166ECPU卡等，均已提供了高性能的工業級10/100M自適應網絡接口，使系統集成商能將所有的資源系統通過聯網方式實現信息的共享與充分利用，從而可將采集到的交通信息數據經分析處理后通過信息發布系統發送到各信息終端，以對交通流進行實時的引導和控制，進一步提高道路的通行能力。
　　綜合以上工控機在高速公路的兩大機電工程中的應用不難看出，其應用的趨勢為工業PC逐漸小型化，并且隨著行業差距的縮小，標準的統一，最終的部分產品將實現一體化。
　　［問題］
　　1.公路主管部門不明確，某省竟然有四個部門參與高速公路管理，投資主體的多元化使管理工作更加復雜。
　　2.無統一的行業標準和規范。
　　3.監控未得到最大的重視與利用，導致了只監不控的現狀，也沒完全實現和收費的聯動。