O computador de controle industrial é um tipo de sistema de computador projetado especialmente para o campo do controle de automação industrial, caracterizado por alto desempenho, alta confiabilidade, tempo real e escalabilidade. Este artigo introduzirá a arquitetura do computador de controle industrial em detalhes, incluindo sua estrutura de hardware, estrutura de software, protocolos de comunicação, estratégias de controle e outros aspectos.
1. Estrutura do Hardware
A estrutura de hardware do computador de controle industrial inclui principalmente as seguintes peças:
1.1 Unidade de Processamento Central (CPU)
A CPU é o componente principal do computador de controle industrial, responsável pela execução de instruções do programa e dados de processamento. Os computadores de controle industrial geralmente usam processadores de alto desempenho e baixa potência, como ARM, X 86 e outras arquiteturas.
1.2 Memória
A memória inclui RAM (memória de acesso aleatório) e ROM (memória somente leitura), a RAM é usada para armazenar programas e dados, e a ROM é usada para armazenar programas de firmware e inicialização do sistema.
1.3 Interface de entrada/saída
Interfaces de entrada/saída são as interfaces para os computadores de controle industrial se comunicarem com dispositivos externos, incluindo interfaces de entrada/saída digital, interfaces de entrada/saída analógicas e interfaces de comunicação. A interface de entrada/saída digital é usada para receber e enviar sinais de comutação, a interface de entrada/saída analógica é usada para receber e enviar sinais analógicos e a interface de comunicação é usada para trocar dados com outros dispositivos.
1.4 Módulo de fonte de alimentação
O módulo de fonte de alimentação fornece uma fonte de alimentação estável para o computador de controle industrial, geralmente usando a fonte de alimentação de comutação ou a fonte de alimentação linear.
1.5 Módulo de expansão
Os computadores de controle industrial geralmente têm módulos de expansão para expandir suas funções, como módulos de controle de movimento, módulos de processamento de imagens, etc.
1.6 Sistema térmico
O sistema de dissipação de calor é usado para dissipar o calor gerado pelo computador de controle industrial para garantir a operação estável do sistema.
2. Estrutura de software
A estrutura de software de um computador de controle industrial consiste nas seguintes peças principais:
2.1 Sistema operacional
O sistema operacional é o software básico do computador de controle industrial, responsável por gerenciar recursos de hardware, agendar tarefas, fornecer interfaces de programação e assim por diante. Os sistemas operacionais comuns de computador de controle industrial são Linux, VxWorks, QNX e assim por diante.
2.2 Sistema operacional em tempo real (RTOs)
O sistema operacional em tempo real é um sistema operacional especial com alta confiabilidade em tempo real e outras características, aplicável ao campo do controle industrial. Os sistemas operacionais comuns em tempo real são Freertos, RT-Thread e assim por diante.
2.3 linguagens de programação
Os computadores de controle industrial geralmente suportam uma variedade de linguagens de programação, como C, C ++, Python, etc., para atender às necessidades de programação de diferentes cenários.
2.4 Driver
O driver é a ponte entre o sistema operacional e os dispositivos de hardware, responsável por realizar o controle e o gerenciamento de dispositivos de hardware.
2.5 Software de aplicativo
O software de aplicativo é o software do computador de controle industrial para realizar tarefas de controle específicas, incluindo software de programação do PLC, software de controle de movimento, software de processamento de imagens e assim por diante.
3. Protocolos de comunicação
Os computadores de controle industrial precisam se comunicar com outros dispositivos para troca e controle de dados. Os protocolos de comunicação comum são:
3.1 Protocolos de comunicação serial
Os protocolos de comunicação serial incluem rs -232, rs -485, etc., que são adequados para uma comunicação de curta distância e baixa taxa.
3.2 Protocolos de campo
Os protocolos Fieldbus incluem Modbus, Profibus, Can, etc., adequados para a comunicação de dispositivos em locais industriais.
3.3 Protocolos de comunicação Ethernet
Os protocolos de comunicação Ethernet incluem TCP/IP, UDP, etc., que são adequados para comunicação de alta velocidade e longa distância.
3.4 Protocolos de comunicação sem fio
Os protocolos de comunicação sem fio incluem Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, etc., aplicável a cenários de comunicação sem fio.
4. Estratégia de controle
A estratégia de controle de um computador de controle industrial consiste nos seguintes aspectos principais:
4.1 Controle de circuito aberto
Controle de circuito aberto significa que o controlador emite sinais de controle diretamente de acordo com os sinais de entrada sem feedback dos sinais de saída reais. O controle de malha aberta é simples e de baixo custo, mas a precisão do controle é baixa.
4.2 Controle de circuito fechado
Controle de circuito fechado significa que o controlador ajusta o sinal de controle de acordo com a diferença entre o sinal de entrada e o sinal de saída real. O controle de circuito fechado tem alta precisão e estabilidade de controle.
4.3 Controle de PID
O controle do PID é uma estratégia comum de controle de circuito fechado, que realiza o controle do sistema através dos três parâmetros de proporcional (P), integral (i) e diferencial (D).
4.4 Controle difuso
O controle difuso é uma estratégia de controle baseada na lógica difusa para sistemas com incerteza e ambiguidade.
4.5 Controle de rede neural
O controle de rede neural é uma estratégia de controle baseada na rede neural artificial, caracterizada pela capacidade de auto-aprendizagem e adaptabilidade.
5. Campos de aplicativo
Os computadores de controle industrial são amplamente utilizados em vários campos de automação industrial, como:
5.1 Fabricação
Os computadores de controle industrial são usados na indústria de manufatura para realizar o controle automatizado das linhas de produção e melhorar a eficiência da produção e a qualidade do produto.
5.2 Indústria de energia
Os computadores de controle industrial são usados no setor de energia elétrica para realizar o monitoramento e o controle da rede elétrica para garantir a operação estável da rede elétrica.
5.3 Indústria petroquímica
Os computadores de controle industrial são usados na indústria petroquímica para realizar o monitoramento e o controle do processo de produção, melhorando a eficiência e a segurança da produção.
5.4 Indústria de transporte
Os computadores de controle industrial são usados no setor de transporte para realizar o controle automático de sinais de trânsito, metrô e outros equipamentos.