Промышленные и инструментальные компьютеры

Компьютеры для промышленного применения обобщенно называются Indu­strial PC. Здесь, конечно же, под PC понимается не персональный (как таковой) компьютер, а компьютер, совместимый с IBM PC. Такие компьютеры предна­значены для особых (не офисных) условий эксплуатации.

Промышленному компьютеру по роду службы приходится располагаться побли­зости от подконтрольного объекта, в той или иной степени разделяя его усло­вия существования (в противном случае компьютер можно было бы установить в уютном офисе с обычными условиями эксплуатации). Условия эксплуатации могут быть тяжелыми в смысле климата — температуры, влажности, пыли, осадков и т. п. Компьютер может подвергаться механическим воздействиям — вибрации, ударам, ускорению. Химическое воздействие подразумевает, например, агрессивные пары и газы. Неблагоприятное соседство с электропотребителями (мощными контакторами, сварочными аппаратами, печами) вызывает как элек­тромагнитные возмущения, так и осложнения с питанием. Уже перечисленных невзгод достаточно, чтобы испугаться за «здоровье» нежного настольного ком­пьютера, попавшего в такие условия. Добавим еще, что может потребоваться подключение к промышленному компьютеру большого числа цепей связи с объ­ектом, для которых на задней панели PC просто не хватит места под разъемы, а на системной плате не хватит слотов для интерфейсных карт сопряжения. И наконец, конструкция должна обеспечивать минимальное время поиска и устранения неисправностей, которые неизбежны даже при самом высоком уровне надежности. К инструментальным компьютерам, в основном предна­значенным для сбора и обработки информации о каком-либо сложном объекте (например, экспериментальной установке), предъявляются похожие требова­ния; правда, внешние условия, как правило, помягче.

Для соответствия этим требованиям конструктив PC должен быть заметно пре­ображен. В PC объединение модулей (интерфейсных карт) осуществляется че­рез системную плату, на которой сейчас размещают практически все основные и жизненно важные компоненты, от процессора до большинства стандартных интерфейсных адаптеров. И эта сложнейшая плата оказывается на самом дне корпуса, «погребенная» под установленными в нее интерфейсными картами и подсоединенными кабелями. Если она откажет, то для замены или ремонта компьютер придется разобрать полностью, что делается не так-то быстро. Что­бы избежать таких затруднений, в промышленных и инструментальных компью­терах функцию объединения модулей выполняет пассивная кросс-плата (pas­sive backplane). Точный перевод названия указывает на местоположение этой платы в конструктиве — заднюю плоскость. На такой плате устанавливают только разъемы подключения функциональных модулей и блока питания. Все функциональные модули устанавливаются в блок спереди и объединяются ме­жду собой магистральной шиной кросс-платы. Внешние подключения к моду­лям осуществляют либо со стороны лицевой панели модулей, либо с задней стороны кросс-платы через контакты разъемов, не используемых под магистральные шины. Функциональные модули могут иметь различное назначение, но главным является, конечно же, процессорный модуль. Современные процес­сорные модули функционально идентичны традиционным системным платам с интегрированной периферией. На них устанавливают процессоры от 386 до Pentium II/III, «золотой серединой» являются экономичные и эффективные процессоры классов 486 и Pentium. Периферийные модули выполняют функ­ции аналогового и цифрового ввода-вывода, и из широкого ассортимента вы­пускаемых модулей всегда можно набрать комплект, «персонально» подходящий к компьютеризуемому объекту.

Как и для традиционных (настольных) ПК, в данной отрасли существуют стан­дарты на конструктивы и, конечно же, стандарты на объединительные шины.

Модульная система «Евромеханика» широко применяется для приборов про­мышленного назначения и инструментальных систем. Это международный стан­дарт на типоразмеры и конструктивы печатных плат, модулей, субблоков, бло­ков и 19-дюймовых шкафов и стоек. В зависимости от сложности устройств стандарт позволяет выбрать подходящий размер модулей и плат (рис. 2.6). Мо­дуль представляет собой плату с некоторым внешним оформлением — перед­ней панелью и, возможно, кожухом. Модули устанавливаются в каркасы бло­ков и с помощью коннекторов (разъемов), установленных на задней стороне их плат, соединяются с кросс-платой. Обычно на кросс-плате имеется шина (bus), объединяющая модули и подводящая к ним стандартные напряжения питания.

В евромодулях используются стандартизованные магистральные шины, из ко­торых для PC-совместимых компьютеров сейчас популярны шина Compact PCI и ее расширение PXI [7]. Распространенная шина VME ориентирована со­всем не на «РС-шные» процессоры Motorola.

«Евромеханика» является мощной конструктивной базой для построения слож­ных устройств, но есть варианты компоновки модульных компьютеров попро­ще (и подешевле). Самое простое решение для создания конструктива инструментальных и промышленных компьютеров — использование стандартной шины карты ISA (половинной или полноразмерной). Все компоненты с традицион­ной системной платы переносят на карту ISA, получая одноплатный компью­тер, называемый микроРС (microPC, mPC). На такой карте содержатся про­цессор, память, графический адаптер, контроллеры портов и дисковые интерфейсы, иногда на нее же ухитряются поместить и дополнительные кон­троллеры цифрового и аналогового ввода-вывода. Для подключения к модулям (картам) расширения используют пассивную кросс-плату с обычными разъема­ми ISA. Если требуется более высокопроизводительный канал, задействуют и шину PCI. Кросс-плата для таких систем становится неоднородной: у нее одна часть слотов имеет разъемы PCI, другая часть — ISA, расположенные на обычных местах, а место для системного контроллера оборудовано обоими разъемами. Достоинством такого конструктива является его совместимость с обыч­ными картами расширения для PC, но оно оборачивается и недостатком — ос­тается все то же ненадежное крепление и мало места под внешние разъемы.

На базе плат mPC (чаще половинного формата) делают и модульные конструк­тивы. Верхнюю сторону платы снабжают панелью, которая оказывается лице­вой. При этом изменяется система крепления и подвода внешних цепей — верх­няя (длинная) сторона платы становится доступной для установки внешних разъемов. Появляется вторая точка крепления, так что платы при малейших внешних усилиях самопроизвольно не вылезают из слота, как морковка из грядки. Конечно же, такие модули не располагают всей мощью платы «Евроме-ханика» (большой размер, надежные разъемы, подключение через заднюю па­нель), но вполне пригодны для устройств средних размеров.

Для «самых маленьких» встраиваемых контроллеров существует другой кон­структив с шиной РС/104. В ее названии присутствует число контактов кон­нектора, на который выводятся сигналы шины ISA. От обычной шины ISA шина РС/104 отличается только типом коннектора и нагрузочными характери­стиками линий. Основой контроллера является плата mPC с разъемом (розет­кой) РС/104 (рис. 2.7, а). Если требуется подключение платы расширения, она своим разъемом РС/104 (вилкой) вставляется в плату контроллера. Помимо вилки на плате расширения имеется и розетка РС/104 (коннектор двухсторон­ний), так что можно собирать «бутерброд» из нескольких плат. Если плат более трех, то сверху «бутерброда» устанавливают терминатор. Для фиксации плат стандартизовано расположение крепежных отверстий, и платы скрепляются не­сущими стоечками (длинными винтами с втулками). Конечно, такой конструк­тив удобен только для небольших систем с двумя-тремя платами, для которых он и предназначается. Возможна и иная компоновка — установка нескольких модулей на одной (большой) кросс-плате. С широким использованием процес­соров Pentium и выше в модуль ввели еще и шину PCI — так появился стандарт PC/104-Plus. Расположение коннекторов и габариты платы PC/104-Plus иллю­стрирует рис. 2.7, б. Отметим особенности коннекторов: J1 — коннектор шины ISA-8, J2 — его расширение до ISA-16; эти коннекторы обычно имеют дюймо­вый шаг контактов (2,54 мм), но могут встречаться и метрические с шагом 2,5 мм (они взаимно несовместимы). Обратим внимание и на специфическую нумерацию рядов и номеров контактов (у J2 нумерация начинается с нуля). Коннектор PCI имеет шаг контактов 2 мм.

Поиск по сайту: