工控机在高速公路交通机电工程中的应用研究

工控机在高速公路交通机电工程中的应用研究

彭军

天津市中环电子计算机有限公司天津市300110

摘要：目前，国内的公路交通事业正处于高速发展的阶段，国家对交通事业投入的资金、人力、物力较大，随着质量和数量达到一定的要求后，开始对高速公路的质量提出要求，即高速公路的运营和管理。虽然我国的高速公路发展较快，但某些方面还没有适应时代，如机电工程无法适应公路交通的发展，给公路运营的发展和交通秩序带来阻碍。本文分析工控机的组成、现状、工控机在高速公路机电工程中的应用，并对工控机未来的发展提出展望，为高速公路交通事业的发展提供参考依据。

关键词：机电工程；工控机；结构特点；应用；前景分析

我国公路交通事业的发展促进着机电工程项目地位的提升，高速公路机电工程主要分为四个部分，包括监控、收费系统、道路通讯系统以及供配电系统，这四个系统并不是独立的，而是相辅相成、相互联系的，彼此结合形成一套紧密高效的公路交通机电系统。这四个部分主要由工控机和各种接口卡板组成，随着科学技术和信息的进步，这些设备也得到更新换代的发展，但某些方面还存在不足，无法适应公路交通的发展，给高速公路交通运营和交通秩序带来了不可估量的影响，这是高速公路机电工程发展所要面临的问题，也是机电工程所要解决的问题。

1.工控机组成

工控机嵌入系统内部可以在极端的工业环境下保持长期稳定的工作状态。工控机即为工业控制计算机（IndustrialPersonalComputer.IPC），由计算机的基本系统和过程I/O系统组成，计算机的基本系统包括主机模板、人机接口板、系统总线、存储器板、CRT、磁盘机等组成，过程I/O系统由A/D转换器和输入信号调理板控制物理信号转变为电信号。工控机与一般的商用或个人机相比，它的特点是具备强大的输出输入能力，较强的可靠性、实时性，可以实现高速公路运行的自动化，提高运营管理的高效性。

2.高速公路机电工程工控机现状

2.1功耗及体积过大

工控机的耗电量比较大，高功率、稳定的电源是保证运行状态正常的关键，不符合要求的设备，会影响整体的节能效果，一旦供电系统发生故障，难以找到高功率、稳定性的供电系统为工控机供电，导致整个高速公路机电系统的瘫痪，就会影响整个高速公路的运营和交通秩序。工控机占地面积较大，特别是安放在高速公路的收费亭中，占据较大的空间，使用不方便。

2.2使用寿命和环境问题

运行工控机的过程中，风扇发出较大的噪音，对环境产生污染，不符合现代的环保、节能的发展要求。工控机24小时持续转动，没有及时进行管理维修，容易导致故障的发生降低设备的稳定性和可靠性。

2.3接口及扩展空间不足

科学技术的发展促进着工控机更新换代，某些外设设备需要进行照明、电源、通信的连接，从而导致接口不足，工控机的外设设备最多，需要较多的接口，而系统本身接口无法满足日常的需求，为了解决这个问题，一般会增加新的接口进行拓展，这样就会加大有关的费用，增大了电源功耗。

2.4高速公路机电工控机质量缺乏保障

工控机的质量会影响到高速公路运营，高速公路涉及的区域较大，由于检测工作不到位会导致工控机的质量出现问题，因此需要针对工控机投入使用之前进行检测，但由于工控机的专业化程度较高，某些单位为了追求工作效率敷衍了事，导致检测工作的不规范，无法保证工控机的质量。

2.4后期维护问题

工控机投入使用后，在长期的时间内，往往会出现各类的问题，导致工控机的精确性受到影响。保证工控机的正常运作，必须要定期对工控机进行维护，但工控机整体的维护费用较高，工作量较大，一旦报废，就会产生一系列的环境、费用等问题。工控机安装调试工作量较大，后期维护成本较高，以及成为影响高速公路运营的主要问题。

3.工控机的应用及前景

3.1工控机的应用

高速公路收费系统主要经历手工收费时期、计算机收费时期以及不停车收费时期三个时期，工控机应用于公路收费系统起源于第二个阶段，也就是计算机收费时期，主要采用的机型是宽19、高4U的通用型标准主机，它具有较大的面积，如nematron“AE系列”整机，可以扩充ISA、PCISA、PCI，同时还与信号灯、收费专业键盘、车辆检查仪、计费显示器等设备直接相连。进入ETC阶段后，工控机进入了一体化行业阶段，有效融合车道控制，结合接口的改进，实现一网一卡走天下的局面。

监控系统是高速公路机电工程的重点，在短期内，投入的资金额度较大且无法保证获得可观的经济效益。当下的公路监控分为收费和交通监控，主要模式分为数字化DVR网络化、模拟录像CCTV，CCTV录像由人工进行操作，只能用于录像。数字DVR是集合工控机视频采集卡和压缩卡形成DVR系统，可以保证扩充性较高、运行时间较长，车道控制器扫描图像，系统就会根据捕捉的图像进行录像。

3.2工控机的前景分析

传统的高速公路监控系统是人为操作的，只能运用CCTV进行录像和监视，随着技术的发展，工业IPC类型由大（IPC－810）到小（IPC－6806），但现阶段的监控只能局限于收费站的监控，未能与高速公路的整体监控和信息系统连接，未来的高速公路机电工程中的工控机发展将逐渐实现小型化、一体化。

3.2.1半导体技术

集成电路技术的发展推动着微型控制器和处理器的创新，传统的1、4、8、16位发展到32位微型处理器。微型控制器和单片机的性价比也在不断提高，各类的控制系统硬件不断更新换代，模拟控制器、智能控制器已逐步实现商品化。

3.2.2工控机向绿色环保发展

环保、节能是人类可持续发展的必要条件，实现工控机环保、节能发展，满足人类可持续发展的原则，是工控机技术改善的发展趋势。工控机在使用的过程中必须减少对环境造成的噪音污染，同时实现回收利用产生的废料。绿色、环保型的工控机的每一个环节都精心设计，从主板到配套的机箱，从电路、PCBCAD的设计和BIOS功能到软硬件的设计等都必须考虑工控机的防电磁辐射和抗干扰、兼容电磁、节能、抗菌等，在保证工控机个性化的基础上，实现工控机的人工化，在维护使用者的健康和保护工控机、环境方面，延长工控机的使用寿命、实现高品质和无害性。

3.2.3自动化控制的发展

人工智能技术、人工神经网络、专家系统和先进、模糊控制已逐步应用于工业自动化生产中，先进控制软件在国外石油、化工生产中投入使用，人工神经网络制成的芯片和自动装置、模拟控制的软件已经逐渐商品化并得到大力的推广，被广泛应用于家用电器的控制和工程生产过程自动化控制等方面，专家系统应用于冶金、电站控制等行业。

结束语：

高速公路机电工程在近几年取得较大的进步，但工控机的某些方面还存在不足，无法适应高速公路的发展，从而对高速公路的运营和交通秩序产生较大的影响。有关部门需要重视工控机存在的问题，做好相应的规范，统一规划交通系统，促进高速公路机电工程的发展，保证高速公路运营状况的稳定。

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