上位机
上位机是指可以直接发出操控命令的计算机，一般是PC/host computer/master computer/upper computer,屏幕上显示各种信号变化（液压，水位，温度等）。上位机在工业控制中又被称作HMI（人机界面）。 下位机
下位机是直接控制设备获取设备状况的计算机，一般是PLC/智能模块/智能仪表/单片机single chip microcomputer/slave computer/lower computer之类的。
工具/原料：计算机一台，组态王，PLC 1、方法/步骤：
上位机发出的命令首先给下位机，下位机再根据此命令解释成相应时序信号直接控制相应设备。下位机不时读取设备状态数据（一般为模拟量），转换成数字信号反馈给上位机。上下位机都需要编程，都有专门的开发系统。
在概念上，控制者和提供服务者是上位机，被控制者和被服务者是下位机，也可以理解为主机和从机的关系，但上位机和下位机是可以转换的。
2、工作原理：
两机如何通讯，一般取决于下位机，下位机一般具有更可靠的独有通讯协议；使用一些新的API(API（Application Programming Interface,应用程序编程接口）是一些预先定义的函数，目的是提供应用程序与开发人员基于某软件或硬件的以访问一组例程的能力；多语言支持功能模块，一般同时支持数种高级语言为上位机编程。
通常上位机和下位机通讯可以采用不同的通讯协议，有RS232的串口通讯或者RS485串行通讯。 当用计算机和PLC通讯的时候，不但可以采用传统的D形式的串行通讯，还可以采用更适合工业控制的双线的PROFIBUS-DP通讯。采用封装好的程序开发工具就可以实现PLC和上位机的通讯，当然可以自己编写驱动类的接口协议控制上位机和下位机的通讯。
3、经验：
通常工控机，工作站，触摸屏作为上位机，通信控制PLC，单片机等作为下位机，从而控制相关设备元件和驱动装置。
总述：
上位机是指可以直接发出操控命令的计算机，下位机是直接控制设备获取设备状况的计算机，工控机，工作站，触摸屏作为上位机， 通信控制PLC，单片机等作为下位机。
什么是人机界面
人机界面（Human Machine Interaction，简称HMI），又称用户界面或使用者界面，是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是计算机系统的重要组成部分。是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。
人机界面是指人和机器在信息交换和功能上接触或互相影响的领域或称界面所说人机结合面， 信息交换，功能接触或互相影响，指人和机器的硬接触和软触，此结合面不仅包括点线面的直接接触，还包括远距离的信息传递与控制的作用空间。
人机结合面是人机系统中的中心一环节，主要由安全工程学的分支学科安全人机工程学去研究和提出解决的依据，并过安全工程设备工程学，安全管理工程学以及安全系统工程学去研究具体的解决方法手段措施安全人机学。它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。大量运用在工业与商业上，简单的区分为“输入”（Input）与“输出”（Output）两种，输入指的是由人来进行机械或设备的操作，如把手、开关、门、指令（命令）的下达或保养维护等，而输出指的是由机械或设备发出来的通知，如故障、警告、操作说明提示等，好的人机接口会帮助使用者更简单、更正确、更迅速的操作机械，也能使机械发挥最大的效能并延长使用寿命，而市面上所指的人机界面则多狭义的指在软件人性化的操作接口上。
（嵌入式人机界面）
特定行业的人机界面可能有特定的定义和分类，比如工业人机界面（Industrial Human-machine Interface或简称Industrial HMI）。 人机交互：
人机交互、人机互动（Human-Computer Interface，简写HCI，又称用户界面或使用者界面）：是一门研究系统与用户之间的互动关系的学问。系统可以是各种各样的机器，也可以是计算机化的系统和软件。人机交互界面通常是指用户可见的部分。用户通过人机交互界面与系统交流，并进行操作。小如收音机的播放按键，大至飞机上的仪表板、或是发电厂的控制室。人机交互（Human-Computer Interaction，简写HCI）：是研究关于设计、评价和实现供人们使用的交互计算系统以及有关这些现象进行研究的科学。人机交互与人机界面是两个有着紧密联系而又不尽相同的概念。
人机交互是指人与机器的交互，本质上是人与计算机的交互。或者从更广泛的角度理解：人机交互是指人与含有计算机的机器的交互。具体来说，人机交互用户与含有计算机机器之间的双向通信，以一定的符号和液晶屏被用作人机界面显示器动作来实现，如击键，移动鼠标，显示屏幕上的符号/图形等。这个过程包括几个子过程：识别交互对象-理解交互对象-把握对象情态-信息适应与反馈等；而人机界面是指用户与含有计算机的机器系统之间的通信媒体或手段，是人机双向信息交互的支持软件和硬件。这里界面定义为通信的媒体或手段，它的物化体现是有关的支持软件和硬件，如带有鼠标的图形显示终端等。
（人机界面用液晶屏）
交互是人与机-环境作用关系/状况的一种描述。界面是人与机-环境发生交互关系的具体表达形式。交互是实现信息传达的情境刻画，而界面是实现交互的手段。在交互设计子系统中，交互是内容/灵魂，界面是形式/肉体；然而在大的产品设计系统中，交互和界面，都只是解决人机关系的一种手段，不是最终目的，其最终目的是解决和满足人的需求。
交互设计是从属于产品系统的，是对成功的产品设计的一种强有力的支持与完善。如果利用系统论的观点，交互设计是从属于产品设计系统的子系统。 设计原则：
1、以用户为中心的基本设计原则
在系统的设计过程中，设计人员要抓住用户的特征，发现用户的需求。在系统整个开发过程中要不断征求用户的意见，向用户咨询。系统的 设计决策要结合用户的工作和应用环境，必须理解用户对系统的要求。最好的方法就是让真实的用户参与开发，这样开发人员就能正确地了解 用户的需求和目标，系统就会更加成功。
2、顺序原则
即按照处理事件顺序、访问查看顺序（如由整体到单项，由大到小，由上层到下层等）与控制工艺流程等设计监控管理和人机对话主界面及 其二级界面。 3、功能原则
即按照对象应用环境及场合具体使用功能要求，各种子系统控制类型、不同管理对象的同一界面并行处理要求和多项对话交互的同时性要求 等，设计分功能区分多级菜单、分层提示信息和多项对话栏并举的窗口等的人机交互界面，从而使用户易于分辨和掌握交互界面的使用规律和 特点，提高其友好性和易操作性。 4、一致性原则
包括色彩的一致，操作区域一致，文字的一致。即一方面界面颜色、形状、字体与国家、国际或行业通用标准相一致。另一方面界面颜色、 形状、字体自成一体，不同设备及其相同设计状态的颜色应保持一致。界面细节美工设计的一致性使运行人员看界面时感到舒适，从而不分散 他的注意力。对于新运行人员，或紧急情况下处理问题的运行人员来说，一致性还能减少他们的操作失误。 5、频率原则
即按照管理对象的对话交互频率高低设计人机界面的层次顺序和对话窗口莱单的显示位置等，提高监控和访问对话频率。 6、重要性原则
即按照管理对象在控制系统中的重要性和全局性水平，设计人机界面的主次菜单和对话窗口的位置和突显性，从而有助于管理人员把握好控 制系统的主次，实施好控制决策的顺序，实现最优调度和管理。 7、面向对象原则
即按照操作人员的身份特征和工作性质，设计与之相适应和友好的人机界面。根据其工作需要，宜以弹出式窗口显示提示、引导和帮助信息 ，从而提高用户的交互水平和效率。
人机交互界面，无论是面向现场控制器还是面向上位监控管理，两者是有密切内在联系的，他们监控和管理的现场设各对象是相同的，因此 许多现场设备参数在他们之间是共享和相互传递的。人机界面的标准化设计应是未来的发展方向，因为它确实体现了易憧、简单、实用的基木 原则，充分表达了以人为本的设计理念。各种工控组态软件和编程工具为制作精美的人机交互界面提供了强大的支持手段，系统越大越复杂越 能体现其优越性。 设计过程及步骤：
1、创建系统功能的外部模型设计模型主要是考虑软件的数据结构、总体结构和过程性描述，界面设计一般只作为附属品，只有对用户的情况（包括年龄、性别、心理情况、文化程度、个性、种族背景等）有所了解，才能设计出有效的用户界面；根据终端用户对未来系统的假想(简称系统假想）设计用户模型，最终使之与系统实现后得到的系统映象（系统的外部特征）相吻合，用户才能对系统感到满意并能有效的使用它；建立用户模型时要充分考虑系统假想给出的信息，系统映象必须准
确地反映系统的语法和语义信息。总之，只有了解用户、了解任务才能设计出好的人机界面。 2、确定为完成此系统功能人和计算机应分别完成的任务，任务分析有两种途径。一种是从实际出发，通过对原有处于手工或半手工状态下的应用系统的剖析，将其映射为在人机界面上执行的一组类似的任务；另一种是通过研究系统的需求规格说明，导出一组与用户模型和系统假想相协调的用户任务。 逐步求精和面向对象分析等技术同样适用于任务分析。逐步求精技术可把任务不断划分为子任务，直至对每个任务的要求都十分清楚；而采用面向对象分析技术可识别出与应用有关的所有客观的对象以及与对象关联的动作。
3、考虑界面设计中的典型问题，设计任何一个机界面，一般必须考虑系统响应时间、用户求助机制、错误信息处理和命令方式四个方面。系统响应时间过长是交互式系统中用户抱怨最多的问题，除了响应时间的绝对长短外，用户对不同命令在响应时间上的差别亦很在意，若过于悬殊用户将难以接受；用户求助机制宜采用集成式，避免叠加式系统导致用户求助某项指南而不得不浏览大量无关信息；错误和警告信息必须选用用户明了、含义准确的术语描述，同时还应尽可能提供一些有关错误恢复的建议。此外，显示出错信息时，若再辅以听觉（铃声）、视觉（专用颜色）刺激，则效果更佳；命令方式最好是菜单与键盘命令并存，供用户选用。
4、借助CASE工具构造界面原型，并真正实现设计模型软件模型一旦确定，即可构造一个软件原形，此时仅有用户界面部分，此原形交用户评审，根据反馈意见修改后再交给用户评审，直至与用户模型和系统假想一致为止。一般可借助于用户界面工具箱(Userinterfacetoolkits）或用户界面开发系统（Userinterfacedevelopmentsystems）提供的现成的模块或对象创建各种界面基本成分的工作。
5、在人机界面分析设计中所要考虑的人文因素主要包括以下内容：
1）人机匹配性：用户是人，计算机系统作为人完成任务的工具，应该使计算机和人组成的人机系统很好地匹配工作；如果有矛盾，应该让计算机去适应人，而不是人去适应计算机；
2）人的固有技能：作为计算机用户的人具有许多固有的技能。对这些能力的分析和综合，有助于对用户所能胜任的，处理人机界面的复杂程度，以及用户能从界面获得多少知识和帮助，以及所化费的时间做出估计或判断；
3）人的固有弱点：人具有遗忘、易出错、注意力不集中、情绪不稳定等固有弱点。设计良好的人机界面应尽可能减少用户操作使用时的记忆量，应力求避免可能发生的错误；
4）用户的知识经验和受教育程度：使用计算机用户的受教育程度，决定了他对计算机系统的知识经验；
5）用户对系统的期望和态度。 使用方法：
明确监控任务要求，选择适合的HMI产品；在PC机上用画面组态软件编辑“工程文件”；测试并保存已编辑好的“工程文件” ；PC机连接HMI硬件，下载“工程文件”到HMI中；连接HMI和工业控制器（如PLC、仪表等），实现人机交互。
发展趋势：
中国是全球人机界面需求量最大的市场，但却不是全球人机界面产品销售额最高的市场，这说明，低端人机界面用户在中国占有很大的份额。近些年来民族品牌的迅速发展，采取低价格等策略，正在大举进攻低端市场，在国内已经占据了低端市场的优势地位，赢得了广大用户的认可。国际品牌也在逐渐研发其经济型产品，以抢占低端市场的份额。因此，由于在低端市场的稳扎稳打，国内的人机界面厂商整体业绩呈现出快速增长的状态。人机界面不再是单纯的显示和控制，国内的自动化产业，一些原本不用人机界面的行业，也开始使用人机界面了，这说明人机界面已经成为客户体验的不可缺少的一部分，人机界面的用户界面能更好地反映出设备和流程的状态，并通过视觉和触摸的效果，带给客户更直观的感受。
有些机械行业，比如说机床、纺织机械、电子设备等行业，在国内已经发展有几十年的历史了，相对来说属于比较成熟的行业，从长远看，这些行业还存在着设备升级换代的需求。在这个升级换代的过程中，确实会有一些小的、一直使用比较低端产品的厂家被淘汰掉，但也有很多企业在设备更新过程中，将需求重新定位，去寻找那些能够符合他们发展计划，帮助他们提高自身生产力的设备供应商。
鉴于这种需求，以后人机界面的改变，将在形状上、观念上、应用场合等方面都有所改变，从而带来工控机核心技术的一次次变革。总体来讲，人机界面的未来发展趋势是六个现代化：平台嵌入化、品牌民族化、设备智能化、界面时尚化、通讯网络化和节能环保化。 故障处理：
一、人机界面无响应，按触摸任何部位都无响应。
处理方法：遇到这种情况，首先检查各接线接口是否出现松动，然后检查串口及中断号是否有冲突，如果是由于冲突引起的，那么应调整资源，避开冲突。其次，检查人机界面表面是否出现裂缝，如发现有裂缝应及时更换。此外，还需要检查人机界面表面是否有尘垢，若有，用软布进行清除。观察检查控制盒上的指示灯是否工作正常，正常时，指示灯为绿色，并且闪烁。
如果上面的部分均正常，可用替换法检查人机界面，先替换控制盒，再替换触摸屏，最后替换主机。 二、人机界面正常但电脑不能操作。一台人机界面，经试验其本身一切正常，但接上主机后，电脑不能操作。
处理方法：对于这种情况，原因有二。其一，可能是人机界面驱动程序版本过低，需要安装最新的驱动程序。其二，可能是在主机启动装载人机界面驱动程序之前，人机界面控制卡接收到操作信号，只需重新断电后，再启动计算机即可。
三、触摸不准。一台表面声波人机界面，用手指触摸显示器屏幕的部位不能正常地完成对应的操作。 处理方法：这种现象有2种原因。第一种可能是声波屏的反射条纹受到轻微破坏，如果遇到这种情况则将无法完全修复；第二种可能是声波人机界面在使用一段时间后，屏四周的反射条纹上面被灰尘覆盖，可用一块干的软布进行擦拭，然后断电、重新启动计算机并重新校准。
什么是人机界面？
系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介， 它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。举个例子来说，在一座工厂里头，我们要搜集工厂各个区域的温度、湿度以及工厂中机器的状态等等的信息透过一台主控器监视并记录这些参数，并在一些意外状况发生的时候能够加以处理。这便是一个很典型的人接界面的运用，一般而言，HMI（人机界面）系统必须有几项基本的能力：
1、实时的资料趋势显示——把撷取的资料立即显示在屏幕上。 2、自动记录资料——自动将资料储存至数据库中，以便日后查看。 3、历史资料趋势显示——把数据库中的资料作可视化的呈现。
4、报表的产生与打印——能把资料转换成报表的格式，并能够打印出来。 5、图形接口控制——操作者能够透过图形接口直接控制机台等装置。 6、警报的产生与记录——使用者可以定义一些警报产生的条件，
7、比方说温度过度或压力超过临界值，在这样的条件下系统会产生警报，通知作业员处理。
什么是工控机？
工控机是为工业生产控制而设计的专业的计算机，用于对工业生产过程中的机器设备、生产流程、数据参数等进行监测与控制的。因此，相对于个人PC机和服务器，工控机的工作环境是非常恶劣的，对数据的安全性要求是非常高的。为了使得机器能更好的工作，通常会进行区别于普通电脑的加固、防尘、防潮、防腐蚀、防辐射等非常特殊的处理。同时，工控机对于扩展功能的要求非常地高，工控机往往需要单独定制才满足特定的外部设备的要求。
工控机（IndustrialPersonalComputer-IPC）即工业控制计算机，是一种采用总线结构，对生产过程及机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。工控机具有重要的计算机属性和特征，如具有计算机CPU、硬盘、内存、外设及接口，并有操作系统、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。工控行业的产品和技术非常特殊，属于中间产品，是为其他各行业提供可靠、嵌入式、智能化的工业计算机。
工控机的主要类别有：IPC（PC总线工业电脑）、PLC（可编程控制系统）、DCS（分散型控制系统）、FCS（现场总线系统）及CNC（数控系统）五种。
IPC工控机是最为常见的，因其价格低、质量高、产量大、软/硬件资源丰富，已被广大的技术人员所熟悉和认可，这正是工业电脑热的基础。它可以作为一个工业控制器在工业环境中可靠运行。主要用于环境比较恶劣的场合，比如：航海、电厂、化工厂、矿厂、地下作业、机床加工等。工控机箱需具有耐挤压、耐腐蚀、抗灰尘、抗振动、抗辐射等特点。所以工业机箱在工控机中起到关键的作用，工业机箱质量的好坏与工控机工作效率息息相关。
工业控制计算机
工控机（Industrial Personal Computer，IPC）即工业控制计算机，是一种采用总线结构，对生产过程及机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。工控机具有重要的计算机属性和特征，如具有计算机主板、CPU、硬盘、内存、外设及接口，并有操作系统、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。工控行业的产品和技术非常特殊，属于中间产品，是为其他各行业提供稳定、可靠、嵌入式、智能化的工业计算机。
主要分类：工控机的主要类别有：IPC（PC总线工业电脑）、PLC（可编程控制系统）、DCS（分散型控制系统）、FCS（现场总线系统）及CNC（数控系统）五种。
（小型微型工控机） 1、IPC
即基于PC总线的工业电脑。据2000年IPC统计PC机已占到通用计算机的95%以上，因其价格低、质量高、产量大、软/硬件资源丰富，已被广大的技术人员所熟悉和认可，这正是工业电脑热的基础。其主要的组成部分为工业机箱、无源底板及可插入其上的各种板卡组成，如CPU卡、I/O卡等。并采取全钢机壳、机卡压条过滤网，双正压风扇等设计及EMC（electromagneticcompatibility）技术以解决工业现场的电磁干扰、震动、灰尘、高/低温等问题。 IPC有以下特点：
可靠性：工业PC具有在粉尘、烟雾、高/低温、潮湿、震动、腐蚀和快速诊断和可维护性，其MTTR（MeanTimetoRepair）一般为5min，MTTF10万小时以上，而普通PC的MTTF仅为10000～15000小时。
实时性，工业PC对工业生产过程进行实时在线检测与控制，对工作状况的变化给予快速响应，及时进行采集和输出调节（看门狗功能这是普通PC所不具有的），遇险自复位，保证系统正常运行。
扩充性，工业PC由于采用底板+CPU卡结构，因而具有很强的输入输出功能，最多可扩充20个板卡，能与工业现场的各种外设、板卡如与道控制器、视频监控系统、车辆检测仪等相连，以完成各种任务。
兼容性，能同时利用ISA与PCI及PICMG资源，并支持各种操作系统，多种语言汇编，多任务操作系统。
2、可编程序控制器（PLC）
PLC 英文全称Programmable Logic Controller，中文全称为可编程逻辑控制器。
工控机（图2）
定义是：一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。
可编程控制器是计算机技术与自动化控制技术相结合而开发的一种适用工业环境的新型通用自动控制装置，是作为传统继电器的替换产品而出现的。随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，可编程控制器更多地具有了计算机的功能，不仅能实现逻辑控制，还具有了数据处理、通信、网络等功能。由于它可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点，已广泛应用于工业控制的各个领域，大大推进了机电一体化的进程。 3、分散型控制系统（DCS）
DCS 英文全称Distributed Control System，中文全称为分布式控制系统。它是一种高性能、高质量、低成本、配置灵活的分散控制系统系列产品，可以构成各种独立的控制系统、分散控制系统DCS、监控和数据采集系统（SCADA），能满足各种工业领域对过程控制和信息管理的需求。系统的模块化设计、合理的软硬件功能配置和易于扩展的能力，能广泛用于各种大、中、小型电站的分散型控制、发电厂自动化系统的改造以及钢铁、石化、造纸、水泥等工业生产过程控制。 4、现场总线系统（FCS）
FCS英文全称Fieldbus Control System，中文全称为现场总线控制系统。它是全数字串行、双向通信系统。系统内测量和控制设备如探头、激励器和控制器可相互连接、监测和控制。在工厂网络的分级中，它既作为过程控制（如PLC，LC等）和应用智能仪表（如变频器、阀门、条码阅读器等）的局部网，又具有在网络上分布控制应用的内嵌功能。由于其广阔的应用前景，众多国外有实力的厂家竞相投入力量，进行产品开发。现今，国际上已知的现场总线类型有四十余种，比较典型的现场总线有：FF，Profibus，LONworks，CAN，HART，CC-LINK等。
5、数控系统（CNC）
CNC英文全称Computer numerical control，中文全称为计算机数字控制系统。
工控机（图3）
它是采用微处理器或专用微机的数控系统，由事先存放在存储器里系统程序（软件）来实现控制逻辑，实现部分或全部数控功能，并通过接口与外围设备进行联接，称为计算机数控，简称CNC系统。数控机床是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业的渗透形成的机电一体化产品；其技术范围覆盖很多领域： 1）机械制造技术；
2）信息处理、加工、传输技术； 3）自动控制技术； 4）伺服驱动技术； 5）传感器技术； 6）软件技术等。 软件系统：
工业控制软件系统主要包括系统软件、工控应用软件和应用软件开发环境等三大部分。其中系统软件是其它两者的基础核心，因而影响系统软件设计的开发质量。工控应用软件主要是根据用户工业控制和管理的需求而生成的，因此具有专用性。
从工控软件系统发展历史和现状来看，工控软件系统应具5大主要特性：
1、开放性。这是现代控制系统和工程设计系中一个至关重要的指标。开放性有助于各种系统的互连、兼容，它有利于设计、建立和应用为一体（集体）的工业思路形成与实现。为了使系统工具良好的开放性，必须选择开放式的体系结构、工业软件和软件环境，这已引起工控界人士的极大关注。
2、实时性。工业生产过程的主要特性之一就是实时性，因此相应地要求工控软件系统应具有较强的实时性。
3、网络集成化。这是由工业过程控制和管理趋势。
4、人机界面更加友好。这不仅是指像菜单驱动所带来的操作方便，应包括设计和应用两个方面的人机界面。
5、多任务和多线程性。现代许多控制软件所面临的工业对象不再是单任务线，而是较复杂的多
任务系统，因此，如何有效地控制和管理这样的系统仍是日前工控软件主要的研究对象 为适应这种要求，工控软仵，特别是底层的工控系统软件必须具有此特性 ，如多任务实进操作系统的研究和应用等。
从工控软件基本组成上看 它可大致划分为3层；实时操作系统层、拄制管理层以及应用层，实时操作系统OS层是其他层的基础。
工控机（图4） 主要结构： 1、全钢机箱
IPC的全钢机箱是按标准设计的，抗冲击、抗振动、抗电磁干扰，内部可安装同PC-bus兼容的无源底板。 工控机箱分类：
IPC（Industry Personal Computer）简称工控机，或者硬盘录像机，
工控机（图5）
DVR（digital video recording）。工控电脑是在恶劣的环境下使用，对产品的易维护性、散热、防尘、产品周期、甚至尺寸方面都有着严格的要求。因此在设计和选择工控机平台的时候，考虑的更多的是机构的设计，然后才是对性能等的考虑。如中昌的工控基本没有这些保护. 工控机箱分类：
（一）高度一般分1U（44MM*430MM*XX），2U（88*430*XX），3U，4U（176MM*430MM * XX），5U，6U，7U，8U等，一个1U的高度是44MM，其他高度依次类推；
（二）长度：国际标准的长度有两种450MM与505MM，根据客户的具体要求还可以扩分其他长度，比如：480MM，500MM，520MM，530MM，600MM等；其中450MM~~520MM的尺寸机箱占市场需求的90%
以上；加长型机箱的作用主要是有以下3个：一个是安装双CPU至强12” * 13”的主板，必须要 520MM的长度才能安装这样的大板；另外一个是安装工业CPU长卡或者是300MM长的视频卡等需要足够的扩展空间；最后一个是散热空间的考虑，由于有些监控用户需要安装多路视频卡与多个硬盘，比如64路，128路等，10个硬盘就需要很好的散热效果； （三）卧式与壁挂式
壁挂式：此外，由于某些设备制造商需要把控制中心（IPC）放置在其设备之中。因此对工控机的体积有较为严格的要求。传统的上架式19英寸机箱体积基本很难满足要求，因此针对此种客户需求，推出了壁挂式的机箱。例如某品牌的IPC－6606/6608壁挂机箱系列。这类机箱由于体积小，并且应用环境在某设备内部，因此设计理念也重在散热和扩展性能上。下图是IPC－6806应用在某测试平台的机柜内部状态。 工控机箱内部结构：
硬盘架，光驱架:硬盘架一般分两种，一种是分拆式，一种是压卡式。
工控机（图6）
品质优异的机箱一般都带金属弹簧防震功能；安装硬盘数量一般从4—15个；底板：底板的规格有多种；主要以主板的规格来划分。普通的主板一般都可以安装；其中520MM以下长度的机箱是安装不了12*13的双至强大板的主板的，必须要520MM长度的机箱才能安装。
压卡条：主要起固定作用。有安防监控的安装视频长卡，或者是工业CPU长卡时，必须要固定长卡，以免使用过程中出现晃动，不牢固等现象。
后槽的扩展：有7槽或14槽两种；14槽的背板主要的用途是安装多路视频卡，比如有些大型的监控系统，则要64路，或者128路时，必须要换成14槽的背板；
工控机箱的导热：散热结构的合理性是关系到计算机能否稳定工作的重要因素。
工控机箱的抗震：工控机箱在工作的时候，由于机箱内部的光驱、硬盘、机箱里的多个风扇在高速运转的时候都会产生震动，而震动很容易导致光盘读错和硬盘磁道损坏以至丢失数据，所以机箱的抗震性也是机箱关键的一个结构设计方案。
工控机箱的电磁屏蔽：主机在工作的时候，主板、CPU、内存和各种板卡都会产生大量的电磁辐射，如果不加以防范也会对人体造成一定伤害。这个时候机箱就成为了屏蔽电磁辐射，保护健康的一道重要防线。屏蔽良好的机箱还可以有效地阻隔外部辐射干扰，保证计算机内部配件不受外部辐射影响。工控机箱为了增加散热效果，机箱上必要的部分都会开孔，包括箱体侧板孔、抽气扇进风孔和排气扇排风孔等等，所以孔的形状必须符合能阻挡辐射的技术要求。机箱上的开孔要尽量小，
而且要尽量采用阻隔辐射能力较强的圆孔。其次，要注意各种指示灯和开关接线的电磁屏蔽。比较长的连接线需要设计成绞线，线两端的裸露的焊接金属部分必需用胶套包裹，这样就避免了机箱内用电线路产生的电磁辐射。 2、无源底板
无源底板的插槽由总线扩展槽组成。总线扩展槽可依据用户的实际应用选用扩展ISA总线、PCI总线和PCI-E总线、PCIMG总线的多个插槽组成，扩展插槽的数量和位置根据需要有一定选择，但依据不同PCIMG总线规范版本各种总线在组合搭配上有要求，如PCIMG1.3版本总线不提供ISA总线支持，该板为四层结构，中间两层分别为地层和电源层，这种结构方式可以减弱板上逻辑信号的相互干扰和降低电源阻抗。底板可插接各种板卡，包括CPU卡、显示卡、控制卡、I/O卡等。 3、工业电源
早期在以Intel 奔腾处理器为主的之前的工控机主要使用为AT开关电源，目前大部分工控机与PC机一样主要采用的是ATX电源，平均无故障运行时间达到250，000小时。 4、CPU卡
IPC的CPU卡有多种，根据尺寸可分为长卡和半长卡，多采用的是桌面式系统处理器，如早期的有386\\486\\586\\PIII，现主流为P4、酷睿双核等处理器，主板用户可视自己的需要任意选配。其主要特点是：工作温度0-60℃；带有硬件；也有部份要求低功耗的CPU卡采用的是嵌入式系列的CPU。 5、其他配件
IPC的其他配件基本上都与PC机兼容，主要有CPU、内存、显卡、硬盘、软驱、键盘、鼠标、光驱、显示器等。 主要特点：
工控机通俗的说就是专门为工业现场而设计的计算机，而工业现场一般具有强烈的震动，灰尘特别多，另有很高的电磁场力干扰等特点，且一般工厂均是连续作业即一年中一般没有休息。因此，工控机与普通计算机相比必须具有以下特点：
工控机内部结构
1、机箱采用钢结构，有较高的防磁、防尘、防冲击的能力。 2、机箱内有专用底板，底板上有PCI和ISA插槽。 3、机箱内有专门电源，电源有较强的抗干扰能力。 4、要求具有连续长时间工作能力。
5、一般采用便于安装的标准机箱（4U标准机箱较为常见）
注：除了以上的特点外，其余基本相同。另外，由于以上的专业特点，同层次的工控机在价格上要比普通计算机偏贵，但一般不会相差太多。
尽管工控机与普通的商用计算机机相比，具有得天独厚的优势，但其劣势也是非常明显的--数据处理能力差，具体如下： 1、配置硬盘容量小； 2、数据安全性低； 3、存储选择性小； 4、价格较高。 日常维护：
工控机的日常使用维护，在很多场合使用工控机，但真正能把工控机转得很好的也不是很多。经常看到有些人忙活了半天，还是不能把机器故障排除，而有些人用起来则得心应手。这区别即源自用户对工控机的正确管理和维护。工控机是为了适应特殊、恶劣环境下工作的一种工业计算机，它的电源、机箱、主板都是为了能适应长时间不间断运行而设计的。为了更好地使用它，让它始终保持良好的工作性能，在日常使用中必须对它进行必要、合理的维护。
首先，要给工控机一个平稳的工作环境。如当机器对磁盘或硬盘进行读写操作时出现震动，驱动器会严重磨损或导致硬盘损坏。如果要靠墙放置，距离墙壁至少应有的间隙，以保证散热良好，否则，会导致元器件加速老化。具体要做好以下几点： 1、机箱
机箱中包括工控电源、无源底板、风扇。工控电源：它是为N小时不间断开机服务的，所以它的性能较好，主要需注意的是尽量减少灰尘的进入，防止灰尘影响风扇的运行。防止瞬时断电，瞬时断电又突然来电往往会产生一个瞬间极高的电压，很可能“烧”坏电脑，电压的波动（过低或过高）也会对电脑造成损伤。因此，应尽量配备电源。另外，还应防静电、防雷击。
无源底板：它是为各种板卡包括,)( 卡、显卡、声卡、网卡等）提供电源的，它的日常维护要注意三点：不能在底板带电的情况下拨插板卡，插拨板卡时不可用力过猛，过大，用酒精等清洗底板时，要注意防止工具划伤底板。插槽内不能积灰尘，否则会导致接触不良，甚至短路。插槽内的金属脚是否对齐,有无弯曲，否则影响板卡在系统中的运行，会因此出现开机不显示、板卡找不到、死机等各种现象。风扇：工控箱内风扇是专门为工控机设计的，它是向机箱内吹风，降低机箱内温度。它要注意的是：电源是否接到插头上，风扇外部的过滤网要定时清洗（每月一次），以防过多的灰尘进入机箱，禁止尖锐物品损坏风扇页片。 2、主板
工控机主板是专为在高、低温特殊环境中，长时间运行而设计的，它在运用中所要注意的是：不能带电插拨（内存条，板卡后面的鼠标、键盘等），带电插拨会导致插孔损坏，不能用，严重的甚至会使主板损坏。主板上的跳线不能随便跳，要查看说明书或用户手册，否则会由于不同型号主板的电压设置不同而导致损坏。对主板的灰尘应定时清洁，不能用酒精或水，应用干刷子、吸尘器或
皮老虎把灰尘吸完或吹掉。保持主板上内存扦槽的干净，无断脚、歪脚。主板下插入无源底板中的金手指要干净，在底板上要插紧、插到位。 3、硬盘、光驱、软驱
硬盘：不要随意拆卸硬盘,避免振动、挤压。尽量不要在硬盘运行时关闭计算机电源，这样突然关机会导致硬盘磁道损坏，数据丢失。不要随意触动硬盘上的跳线装置。搬运时一定要用抗静电塑料袋包装或用海绵等防震压材料固定好，经常检查病毒，以防侵蚀。在操作系统中有节能功能时要尽量合理使用，以延长硬盘使用寿命。
光驱：在使用中不要随意打开光驱门，不能使用有损伤、盗版光碟，防止灰尘进入光驱内，光驱在使用过程中不要震动，歪曲，拍打。数据线要连接通畅，保证光驱读盘顺利。
软驱：不能把坏盘、有毒盘放入软驱中，勿使用劣质和发霉的软盘，匆用尖锐的物品碰撞以防划伤磁头。当软驱正在对磁盘进行读写操作时（软驱指示灯亮），不要强行将磁盘取出，以防损伤磁头或使磁头偏移，导致无法正常读写。 4、各种板卡
板卡所要注意的就是防尘，插脚要完好，板卡竖直插入不能歪曲，并且板卡外插孔上的连接件不能带电拨插。
发展前景：随着社会信息化的不断深入，关键性行业的关键任务将越来越多地依靠工控机，而以IPC为基础的低成本工业控制自动化正在成为主流，本土工控机厂商所受到的重视程度也越来越高。随着电力、冶金、石化、环保、交通、建筑等行业的迅速发展，从数字家庭用的机顶盒、数字电视，到银行柜员机、高速公路收费系统、加油站管理、制造业生产线控制，金融、政府、国防等行业信息化需求不断增加，对工控机的需求很大，工控机市场发展前景十分广阔。 发展趋势分析：
1、DCS(集散控制系统)的发展趋势
虽然以现场总线为基础的FCS发展很快，并将最终取代传统的DCS，但Fcs发展有很多工作要做，如统一标准，仪表智能化等。另外传统控制系统的维护和改造还需要DCS，因此FCS完全取代传统的DCS还需要一个较长的过程。
当前工控机仍以大系统、分散对象、连续生产过程(如：冶金、石化、电力)为主，采用分布式系统结构的分散型控制系统仍在发展。由于开放结构和集成技术的发展，促使大型分散型控制系统销售增加。
1）向综合方向发展：由于标准化数据通信线路和通信网络的发展，将各种单(多)回路调节器、PLC、工业比、NC等工控设备构成大系统，以满足工厂自动化要求，并适应开放化的大趋势。
2）向智能化方向发展：由于数据库系统、推理机能等的发展，尤其是知识库系统(KBS)和专家系统(ES)的应用，如自学习控制、远距离诊断和自寻优等，人工智能会在DCS各级实现。和FF现场总线类似，以微处理器为基础的智能设备，如智能I/O智能PID控制、智能传感器、变送器、执行器、智能人接口及可编程调节器相继出现。
3）工业PC化：由于巩组成此S成为一大趋势，PC作为DCS的操作站或节点机已经很普遍.PC—PLC、PC—S，19、Pc—Nc等就是Pc—Dcs先驱。
4）专业化：DCS为更适合各相应领域的应用，就要进一步了解这个专业的工艺和应用要求，以逐步形成如核电站此S，变电钻DGS、玻璃DCS及水泥DCS等。 2、数控装置的发展趋势
80年代以来，为适应FMC、FMS、CAM、CIMS的发展需要，数控装置采用大规模、超大规模集成电路，提高了柔性，功能和效率。
1）PC化：由于大规模集成电路制造技术的高度发展，PC硬件结构做得更小，CPU的运行速度越来越高，存储容量很大。PC机大批量生产，成本大大降低，可靠性不断提高。PC机的开放性，Windows的应用，更多的技术人员的应用和软件开发，使PC机的软件极为丰富。PC机功能已经很强，CAD/CAM的软件已大量由小型机，工作站向PC机移植，三维图形显示工艺数据已经在PC机上建立。因此，PC机已成为开发CNC系统的重要资源与途径。
2）交流伺服化：交流伺服系统恒功率范围已做到1：4，速度范围可达到1：1000，基本与直流伺服相当。交流伺服体积小，价格低，可靠性高，应用越来越广泛。
3）高功能的数控系统向综合自动化方向发展：为适应FMS、CIMS、无人工厂的要求，发展与机器人、自动化小车、自动诊断跟踪监视系统等的相互联合，发展控制与管理集成系统，已成为国际上数控系统的方向。
4）方便使用：改善人机接口，简化编程、操作面板使用符号键，尽量采用对话方式等，以方便用户使用。
5）柔性化和系统化：数控系统均采用模块结构，其功能覆盖面大，从三轴两联动的机床到多达24轴以上的柔性加工单元。
6）高精度：提高加工精度，高分1辨率旋转编码器必不可少。为在超精密加工领域能实现0.001um的精度，必须开发超高分辨率的编码器，0.0001um最小设定单位的NC装置。为在加工中即使负荷变动伺服系统的特性也保持不变，还需采用控制和鲁棒(Robust)控制。在伺服系统的控制中，用高速微处理器，采用基于现代控制论前馈控制、二自由度控制、学习控制等。其数字控制系统的跟踪误差不超过2um。
7）机械智能化：它在NC领域内是一种新技术，所谓机械智能化功能，是指机械自身可补偿温度、机械负荷等引起的机械变形的功能。这就需要检测主轴负荷、主轴及机座变形的传感器和处理传感器输出信号的电路。
8）诊断维修智能化：故障的诊断与维修是NC的重要技术。基于AI专家系统的故障诊断已存在，现今主要是建立用于诊断故障的数据库。把NC装置通过internet和Internet与中央计算机相连接，使其具有远距离诊断的功能。
进一步的发展是预维修系统，即在故障将要发生前把将要发生故障的部件更换下来的系统，它需要通过智能传感器、高速PMC及大型数据库来实现。
国内市场
工控机自从上世纪90年代进入中国大陆市场以来，至今已有20年余。期间工控机市场的发展，并不能算是一帆风顺，开拓、尝试、接受、认可、批评、前进等不同声音始终不绝于耳。伴随着计算机技术和自动化技术日新月异的发展，中国经济社会整体自动化、信息化水平的进程也正在加快。而作为计算机技术和自动化技术相融合的一种产品，工控机自身已经取得长足的技术进步，在大陆市场的应用也呈现出了新的局面，具体表现在以下四个方面：
第一、从工控机产品的技术发展来讲，“嵌入式系统”“无风扇结构”“机箱散热”“固态硬盘”“箱式”“平板式”等新技术、新产品的应用，适应了自动化产品“小型化”“智能化”“低功耗”的发展趋势，已经大大提高了工控机的系统稳定性，也降低了制造和应用成本；
第二、从工控机产品的形态来讲，工控机产品的定义范畴日益扩大，甚至与商用PC、商用工作站等其它计算机产品之间的概念区隔逐渐模糊；工控机产品除了传统的4U机架式工控机之外，箱式、面板式、单板电脑、嵌入式、便携式、行业专用电脑等其它工控机产品形式也得到了许多客户的接受认可和大量市场应用；
第三、从工控机产品的销售渠道模式来讲，一些供应商变更了原有的销售渠道及模式，调整了直销分销的销售策略侧重，也变革了原装整机、组装整机、板卡的出货配额。这些调整变革的背后，是各家供应商为适应市场发展的新形势、提高客户满意度、抢占市场份额的深层考虑和市场反应行为；
第四、从工控机下游应用行业来看，一些工控机传统的优势应用行业正在遭遇商用PC、商用工作站的挑战，大有没落甚至被取代的趋势；而一些新兴的应用市场却不断涌现，且呈现快速增长的趋势。 外部原因分析：
一、空气中的可吸入颗粒物多：工厂内的原料大多需要粉料进行加工，加上外界空气流动大、沙尘多，工控机内容易集积大量粘糊状积尘，造成工控机内局部温度过高，带来硬件损坏。这种情况多发于CPU、电源、硬盘、显卡等散热风扇周围。积尘较轻的地方，在正常生产允许的情况下，可以采用定时吹尘。积尘较严重的地方，可以工控机箱透风处安置滤尘纱布，需要做定期清理。 二、供电电压波动大、易停电：工业的发展和生活水平的提高，对电量的需求量也日益增大，一些比较偏僻的地区容易出现供电不足的现象，电压不稳。造成工控系统经常重新启动，系统重要的日志文件容易丢失而导致无法正常启动。因此工控机工作环境电源的稳定关系到工控机工作正常与否。需要采用稳压电源和UPS不间断电源进行保护，具体设备选型，要依负载功率大小、需保持工作时间多少来定。
三、环境湿度不适宜：工控机是由许多电子元件的集成电路构成，其绝缘性能跟环境湿度有很大关系。湿度过大，很容易造成电路板短路而烧毁;湿度过小，容易产生静电，也会击穿部分电子元件。因此，湿度过大、过小，都会给工控机带来潜在的威胁。静电防护问题上要求我们工控机上必须要有良好的仪表接地。
四、地面震感大：许多工厂生产中需要电机产生拖动、震动等物理性位移动作，不仅带来巨大的噪音，机器工作时带来的震动会给工控机磁盘、光驱、软驱带来巨大的损害。磁盘生产的工艺越来越高。在自动化控制系统中的大量数据交换中，长时间、高速度运转的磁盘，容易因磁盘震动，导致磁盘读写能力下降，磁头定位缓慢，甚至造成磁盘损坏;因此减少工控机环境震感，有利于保护磁盘。
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