Industrial Control Computer es un tipo de sistema informático especialmente diseñado para el campo del control de automatización industrial, que se caracteriza por alto rendimiento, alta confiabilidad, tiempo real y escalabilidad. Este documento introducirá la arquitectura de la computadora de control industrial en detalle, incluida su estructura de hardware, estructura de software, protocolos de comunicación, estrategias de control y otros aspectos.
1. Estructura de hardware
La estructura de hardware de la computadora de control industrial incluye principalmente las siguientes partes:
1.1 Unidad de procesamiento central (CPU)
CPU es el componente central de la computadora de control industrial, responsable de ejecutar instrucciones del programa y procesar datos. Las computadoras de control industrial generalmente usan procesadores de alto rendimiento y baja potencia, como ARM, X 86 y otras arquitecturas.
1.2 memoria
La memoria incluye RAM (memoria de acceso aleatorio) y ROM (memoria de solo lectura), RAM se usa para almacenar programas y datos, y ROM se utiliza para almacenar programas de firmware y inicio del sistema.
1.3 Interfaz de entrada/salida
Las interfaces de entrada/salida son las interfaces para las computadoras de control industrial para comunicarse con dispositivos externos, incluidas interfaces de entrada/salida digitales, interfaces de entrada/salida analógica e interfaces de comunicación. La interfaz de entrada/salida digital se utiliza para recibir y enviar señales de conmutación, la interfaz de entrada/salida analógica se usa para recibir y enviar señales analógicas, y la interfaz de comunicación se usa para intercambiar datos con otros dispositivos.
1.4 Módulo de fuente de alimentación
El módulo de fuente de alimentación proporciona una fuente de alimentación estable para la computadora de control industrial, generalmente utilizando la fuente de alimentación de conmutación o la fuente de alimentación lineal.
1.5 Módulo de expansión
Las computadoras de control industrial generalmente tienen módulos de expansión para expandir sus funciones, como módulos de control de movimiento, módulos de procesamiento de imágenes, etc.
1.6 Sistema térmico
El sistema de disipación de calor se utiliza para disipar el calor generado por la computadora de control industrial para garantizar el funcionamiento estable del sistema.
2. Estructura de software
La estructura de software de una computadora de control industrial consta de las siguientes partes principales:
2.1 Sistema operativo
El sistema operativo es el software básico de la computadora de control industrial, que es responsable de administrar recursos de hardware, programar tareas, proporcionar interfaces de programación, etc. Los sistemas operativos de computadora de control industrial común son Linux, VXWorks, QNX, etc.
2.2 Sistema operativo en tiempo real (RTO)
El sistema operativo en tiempo real es un sistema operativo especial con alta fiabilidad en tiempo real, alta confiabilidad y otras características, aplicables al campo del control industrial. Los sistemas operativos comunes en tiempo real son Freertos, RT-Thread, etc.
2.3 Lenguajes de programación
Las computadoras de control industrial generalmente admiten una variedad de lenguajes de programación, como C, C ++, Python, etc., para satisfacer las necesidades de programación de diferentes escenarios.
2.4 Conductor
El controlador es el puente entre el sistema operativo y los dispositivos de hardware, responsables de realizar el control y la administración de los dispositivos de hardware.
2.5 Software de aplicación
El software de aplicación es el software de la computadora de control industrial para realizar tareas de control específicas, incluido el software de programación PLC, el software de control de movimiento, el software de procesamiento de imágenes, etc.
3. Protocolos de comunicación
Las computadoras de control industrial deben comunicarse con otros dispositivos para el intercambio de datos y el control. Los protocolos de comunicación comunes son:
3.1 Protocolos de comunicación en serie
Los protocolos de comunicación en serie incluyen RS -232, RS -485, etc., que son adecuados para la comunicación de corta distancia y baja tasa.
3.2 Protocolos de bus de campo
Los protocolos de bus de campo incluyen Modbus, Profibus, CAN, etc., que son adecuados para la comunicación de dispositivos en sitios industriales.
3.3 Protocolos de comunicación Ethernet
Los protocolos de comunicación Ethernet incluyen TCP/IP, UDP, etc., que son adecuados para la comunicación de alta velocidad y larga distancia.
3.4 Protocolos de comunicación inalámbrica
Los protocolos de comunicación inalámbrica incluyen Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee, etc., aplicables a escenarios de comunicación inalámbrica.
4. Estrategia de control
La estrategia de control de una computadora de control industrial consiste en los siguientes aspectos principales:
4.1 Control de circuito abierto
El control de bucle abierto significa que el controlador genera directamente las señales de control de acuerdo con las señales de entrada sin retroalimentación de las señales de salida reales. El control de bucle abierto es simple y de bajo costo, pero la precisión de control es baja.
4.2 Control de circuito cerrado
El control de circuito cerrado significa que el controlador ajusta la señal de control de acuerdo con la diferencia entre la señal de entrada y la señal de salida real. El control de circuito cerrado tiene una alta precisión y estabilidad de control.
4.3 Control de PID
El control de PID es una estrategia de control de circuito cerrado común, que realiza el control del sistema a través de los tres parámetros de proporcional (P), integral (I) y diferencial (D).
4.4 Control difuso
El control difuso es una estrategia de control basada en la lógica difusa para sistemas con incertidumbre y ambigüedad.
4.5 Control de redes neuronales
El control de la red neuronal es una estrategia de control basada en la red neuronal artificial, que se caracteriza por la capacidad y la adaptabilidad de autoaprendizaje.
5. Campos de aplicación
Las computadoras de control industrial se utilizan ampliamente en varios campos de automatización industrial, como:
5.1 Fabricación
Las computadoras de control industrial se utilizan en la industria manufacturera para realizar un control automatizado de las líneas de producción y mejorar la eficiencia de producción y la calidad del producto.
5.2 Industria energética
Las computadoras de control industrial se utilizan en la industria de la energía eléctrica para realizar el monitoreo y el control de la red eléctrica para garantizar la operación estable de la red eléctrica.
5.3 Industria petroquímica
Las computadoras de control industrial se utilizan en la industria petroquímica para realizar el monitoreo y el control del proceso de producción, mejorar la eficiencia y la seguridad de la producción.
5.4 Industria del transporte
Las computadoras de control industrial se utilizan en la industria del transporte para realizar el control automático de las señales de tráfico, el metro y otros equipos.