工控機(jī)在高速公路行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

[前言]
　　針對(duì)目前如火如荼的ITS（Intelligent Transportation System智能交通系統(tǒng)）,本文通過詳細(xì)介紹工控機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合在公路機(jī)電工程中的應(yīng)用情況及發(fā)展趨勢(shì)，旨在讓更多的業(yè)主和集成商能進(jìn)一步了解工控產(chǎn)品，以選擇更適用、更好用的產(chǎn)品，使系統(tǒng)的使用、維護(hù)、管理發(fā)揮更大的作用，創(chuàng)造出更高的效率。
　　[定義]
　　工控機(jī)即工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是一種采用總線結(jié)構(gòu)，對(duì)生產(chǎn)過程及其機(jī)電設(shè)備、工藝裝備進(jìn)行檢測(cè)與控制的工具總稱。具有重要的計(jì)算機(jī)屬性和特征如具有計(jì)算機(jī)CPU、硬盤、內(nèi)存、外設(shè)及接口、并有實(shí)時(shí)的操作系統(tǒng)，控制網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議，計(jì)算能力，友好的人機(jī)界面。
　　[分類]
　　1983年工控機(jī)被列入國(guó)家計(jì)算機(jī)系列型譜及發(fā)展規(guī)劃，當(dāng)前我國(guó)工控機(jī)的主要類別有：IPC(PC總線工業(yè)電腦簡(jiǎn)稱工業(yè)PC)、 PLC（可編程控制系統(tǒng)）、DCS（分散型控制系統(tǒng)）、FCS（現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)）及CNC（數(shù)控系統(tǒng)）五種。據(jù)IDC統(tǒng)計(jì)2000年國(guó)內(nèi)各自的市場(chǎng)比例對(duì)比見附表一：
　　

　　
　　由于IPC（工業(yè)PC）可充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，便于更新?lián)Q代，所運(yùn)行的軟件與普通PC完全一樣，便于軟件的開發(fā)和調(diào)試，所以是目前發(fā)展應(yīng)用最快的機(jī)型，其它的各種類型的工控機(jī)在早期的公路收費(fèi)系統(tǒng)中有應(yīng)用，但現(xiàn)在已不再采用。
　　[IPC結(jié)構(gòu)]
　　IPC：即基于PC總線的工業(yè)電腦。據(jù)2000年IDC統(tǒng)計(jì)目前PC機(jī)已占到通用計(jì)算機(jī)的95％以上，因其價(jià)格低、質(zhì)量高、產(chǎn)量大、軟、硬件資源豐富，已被廣大的技術(shù)人員所熟悉和認(rèn)可，這正是工業(yè)電腦熱的基礎(chǔ)。其主要的組成部份為工業(yè)機(jī)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(jī)殼、機(jī)卡壓條過濾網(wǎng)，雙正壓風(fēng)扇等設(shè)計(jì)及EMC（electro magnetic compatibility）技術(shù)以解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)包括高速公路現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾、震動(dòng)、灰塵、高／低溫等問題。
　　[IPC特點(diǎn)]
　　1) 可靠性：工業(yè)PC具有在粉塵、煙霧、高／低溫、潮濕、震動(dòng)、腐蝕和快速診斷和可維護(hù)性，其MTTR （Mean Time to Repair）一般為5min，MTTF 10萬小時(shí)以上，而普通PC的MTTF僅為10000～15000小時(shí)。
　　 2) 實(shí)時(shí)性，工業(yè)PC對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)與控制，對(duì)工作狀況的變化給予快速響應(yīng)，及時(shí)進(jìn)行采集和輸出調(diào)節(jié)，（看門狗功能這是普通PC所不具有的）遇險(xiǎn)自復(fù)位，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
　　3) 擴(kuò)充性，工業(yè)PC由于采用底板＋CPU卡結(jié)構(gòu)，因而具有很強(qiáng)的輸入輸出功能，最多可擴(kuò)充20個(gè)板卡，能與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種外設(shè)、板卡如與道控制器、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、車輛檢測(cè)儀等相連，以完成各種任務(wù)。
　　4) 兼容性，能同時(shí)利用ISA與PCI及PICMG資源，并支持各種操作系統(tǒng)，多種語(yǔ)言匯編，多任務(wù)操作系統(tǒng)。
　　[廠商介紹 ]
　　目前國(guó)內(nèi)的工控機(jī)供應(yīng)商主要由臺(tái)灣及大陸的廠商，國(guó)外的RADISYS、ROCKWELL、INTEL等產(chǎn)品由于成本高、價(jià)格高、服務(wù)難、現(xiàn)已完全退出國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。隨著國(guó)內(nèi)的IT業(yè)研發(fā)，加工技術(shù)力量的不斷提升，及各類芯片和各類器件、生產(chǎn)設(shè)備在國(guó)際市場(chǎng)基本可平等選購(gòu)，其時(shí)間和價(jià)格相差有限，軟件資源的可移植性可節(jié)省大量的人力、物力這正是目前國(guó)內(nèi)通用計(jì)算機(jī)業(yè)迅速發(fā)展的原因。如聯(lián)想電腦、曙光服務(wù)器等?，F(xiàn)狀對(duì)于國(guó)內(nèi)的工控機(jī)廠商同樣是機(jī)會(huì)，如深圳研祥工控則是在商機(jī)中涌現(xiàn)出來的優(yōu)秀廠商之一，現(xiàn)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)主要工控機(jī)廠商有臺(tái)灣的研華、威達(dá)、磐儀、大眾、大陸的研祥、研發(fā)、華北等。
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　　1） 收費(fèi)系統(tǒng)高速公路的收費(fèi)系統(tǒng)大體上經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期：手工收費(fèi)、計(jì)算機(jī)收費(fèi)、ETC（ELECTONIC TOLL COLLECTION不停車收費(fèi)）。在收費(fèi)系統(tǒng)的第二個(gè)時(shí)期才開始使用工控機(jī)，主要使用的機(jī)型為19″寬、4U高的通用型標(biāo)準(zhǔn)主機(jī)，其體積較大，如研祥的IPC-810研華的IPC-610整機(jī)（體積為177 MM高 X482 MM寬X452 MM深，可同時(shí)擴(kuò)充4個(gè)PCI、8個(gè)ISA、2個(gè)PCISA卡及各種外設(shè)，如通行券讀寫機(jī)、收費(fèi)專用鍵盤、收費(fèi)票據(jù)打印機(jī)、電動(dòng)/手動(dòng)欄桿機(jī)、車輛檢測(cè)儀、車型顯示儀、費(fèi)額顯示器、監(jiān)控系統(tǒng)和對(duì)計(jì)、報(bào)警設(shè)備、信號(hào)燈、MODEM等。由于收費(fèi)亭本身狹小、體積龐大的工控機(jī)加上部分資源的閑置，因而工業(yè)PC廠商依市場(chǎng)的需求推出體積更狹小的工業(yè)PC機(jī)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(jìn)一步提高了資源的利用率。如果說在計(jì)算機(jī)的收費(fèi)時(shí)期，工控機(jī)的應(yīng)用要求更趨于小型化，則在ETC時(shí)期將趨勢(shì)于一體化、行業(yè)化，工控機(jī)、車道控制等設(shè)備將融為一體，但由于目前國(guó)內(nèi)ETC暫無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)集成商均是各成一體，互不兼容，但若國(guó)家相關(guān)部門能盡快制定出各相關(guān)的行業(yè)規(guī)范、接口標(biāo)準(zhǔn)后，屆時(shí)全國(guó)的公路將融成一網(wǎng)，一卡通不停車收費(fèi)最終真正實(shí)現(xiàn)“一卡走遍天下”。
　　2）監(jiān)控系統(tǒng)：作為高速公路三大機(jī)電工程之一的監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)投資大而直接經(jīng)濟(jì)效短期不明顯的投資。目前的高速公路監(jiān)控主要分為收費(fèi)監(jiān)控和交通監(jiān)控，經(jīng)歷的模式有三種：即模擬錄像CCTV、數(shù)字化DVR、網(wǎng)絡(luò)化DVR。由于CCTV監(jiān)控時(shí)期只是利用CCTV和錄像機(jī)進(jìn)行監(jiān)視和錄像，完全人工操作。隨著數(shù)字、視頻技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，在數(shù)字DVR時(shí)代，集成商通過采用具備強(qiáng)擴(kuò)充性（如多硬盤、多ISA/PCI資源等）能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行的工業(yè)PC機(jī)及視頻采集卡、視頻壓縮卡等組成DVR系統(tǒng)，當(dāng)車檢儀、車道控制儀檢測(cè)到需捕獲圖像時(shí)系統(tǒng)就能自動(dòng)地進(jìn)行圖像的捕獲與錄像處理。其間使用的工業(yè)PC類型也是從大（IPC-810）到?。↖PC-6806），但此時(shí)期的監(jiān)控只是著限于收費(fèi)站（亭）的監(jiān)控與整條高速公路的其它監(jiān)控或信息系統(tǒng)并未連成一體，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展及ITS的應(yīng)用與要求，工業(yè)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(yè)級(jí)10/100M自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)接口，使系統(tǒng)集成商能將所有的資源系統(tǒng)通過聯(lián)網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)信息的共享與充分利用，從而可將采集到的交通信息數(shù)據(jù)經(jīng)分析處理后通過信息發(fā)布系統(tǒng)發(fā)送到各信息終端，以對(duì)交通流進(jìn)行實(shí)時(shí)的引導(dǎo)和控制，進(jìn)一步提高道路的通行能力。
　　綜合以上工控機(jī)在高速公路的兩大機(jī)電工程中的應(yīng)用不難看出，其應(yīng)用的趨勢(shì)為工業(yè)PC逐漸小型化，并且隨著行業(yè)差距的縮小，標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，最終的部分產(chǎn)品將實(shí)現(xiàn)一體化。
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　　1.公路主管部門不明確，某省竟然有四個(gè)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(fù)雜。
　　2.無統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。
　　3.監(jiān)控未得到最大的重視與利用，導(dǎo)致了只監(jiān)不控的現(xiàn)狀，也沒完全實(shí)現(xiàn)和收費(fèi)的聯(lián)動(dòng)。