CN210954849U - 模块化工控机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种模块化工控机，包括外壳、核心板模块、载板模块、扩展卡模块、硬盘模块以、电池模组以及温度监控显示器；外壳内部形成容纳空间，核心板模块、载板模块、扩展卡模块以、硬盘模块以及温度监控显示器安装在容纳空间内部；外壳上设置有电池安装位置，电池模组安装在电池安装位置上；外壳上设置有硬盘口，硬盘模块的硬盘通过硬盘口安装插入外壳内部；外壳上设置有与载板模块以及扩展卡模块上接口相匹配的接口孔，温度监控显示器的屏幕位于外壳表面。本实用新型在硬盘发生故障需要维修时，现场使用人员在断电状态下即可便捷地取出硬盘和便捷地安装硬盘，实现设备维护本地化自行维修处理，提高维护效率，降低维修成本和停机时间。

Description

模块化工控机

技术领域

本实用新型涉及工业控制设备技术领域，具体地，涉及一种模块化工控机。

背景技术

工控机嵌入到各种工业控制设备中工作，在产品检测和维修拆卸的过程中，传统的嵌入式工控机发生硬盘故障或系统维护时，都需要将设备发到厂家给专业维修人员分析拆卸处理，厂家维修人员也需要拆卸壳体全部的固定螺丝后并且拔除硬盘数据线和供电线后才可取下硬盘，待专业人员维修好后再发给现场人员安装到现场设备中，这个过程一般需要3-7天的维修时间，容易造成生产线停线和产能下降，降低生产效率。此外，一般嵌入式工控机部分I/O接口是通过主板内部扩展口通过引线来扩展相关功能，引线在高低温和震动环境中容易造成老化和接触不良，引起通讯故障，增加设备故障率。

公开号为CN208819138U的专利文献公开了一种工控机，包括壳体、主电路板、凸耳组件和触摸板，壳体具有开口和设置在开口一侧的侧板，侧板具有面向壳体内外侧的内侧和外侧，侧板上形成有孔，侧板的外侧设有侧盖，侧板的内侧设有夹具，壳体容纳有多个托盘，托盘中的至少一个容纳有存储介质和次级电路板，主电路板设置在壳体中并且电连接到相应的托盘中的存储介质和次级电路板，凸耳组件设置在侧板的外侧，触摸板设于凸耳组件上并连接主电路板。本工业控制计算机结构通过触摸板操作和控制主电路板，可在触摸面板上显示不同的操作界面，对应于不同的主电路板；触摸面板可以仅通过电线连接到主电路板，更容易安装，可有效降低硬件设备的维护成本，便于操作。但是，此方案通过线缆连接，线缆抗干扰不好，导致显示及通讯不能正常工作，而且线缆长时间处在工业高温高湿的环境下容易出现老化导致通讯出现故障，此外，线缆连接还存在接触不良的风险。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种模块化工控机。

根据本实用新型提供的一种模块化工控机，包括外壳、核心板模块、载板模块、扩展卡模块、硬盘模块、电池模组以及温度监控显示器；所述外壳内部形成容纳空间，核心板模块、载板模块、扩展卡模块、硬盘模块以及温度监控显示器安装在容纳空间内部；所述外壳上设置有电池安装位置，所述电池模组安装在电池安装位置上；所述外壳上设置有硬盘口，硬盘模块的硬盘通过硬盘口安装插入外壳内部；所述外壳上设置有与载板模块以及扩展卡模块上接口相匹配的接口孔，温度监控显示器的屏幕位于外壳表面。

优选地，所述核心板模块上设置有第一PIN连接器母头，载板模块上设置有第一PIN连接器公头、第二PIN连接器公头以及硬盘连接器，扩展卡模块上设置有第二PIN连接器母头，所述核心板模块通过第一PIN连接器母头连接载板模块的第一PIN连接器公头，载板模块通过第二PIN连接器公头连接扩展卡模块的第二PIN连接器母头，载板模块通过硬盘连接器连接硬盘模块。

优选地，所述核心板模块的核心板本体、载板模块的载板本体上均设置有安装孔，核心板模块、载板模块之间安装孔位置处设置支撑柱，弹簧螺丝贯穿安装孔和支撑柱将核心板模块和载板模块固定连接安装。

优选地，所述核心板模块包括核心板本体、内存条以及CPU晶元，内存条以及CPU晶元均设置在核心板本体上。

优选地，所述载板模块包括载板本体、开关、直流电源头、音频和麦克风二合一接口、HDMI高清显示接口、VGA显示接口、第一RJ45网络接口、第一双层USB接口、指示灯连接器、电源输出连接器、USB连接器、电阻触摸控制连接器、液晶背光连接器、液晶LVDS连接器、硬盘连接器、喇叭功放连接器、CPU风扇连接器、4G/WIFI连接器、M.2连接器、CMOS供电连接器、SIM卡槽、清CMOS开关以及UPS供电连接器；

所述开关、直流电源头、音频和麦克风二合一接口、HDMI高清显示接口、VGA显示接口、第一RJ45网络接口、第一双层USB接口、指示灯连接器、电源输出连接器、USB连接器、电阻触摸控制连接器、液晶背光连接器、液晶LVDS连接器、喇叭功放连接器、CPU风扇连接器、CMOS供电连接器、SIM卡槽、清CMOS开关以及UPS供电连接器均设置在载板本体的边缘。

所述硬盘连接器、4G/WIFI连接器、M.2连接器设置在载板本体上。

优选地，所述扩展卡模块包括扩展卡本体、第二双层USB接口、第一COM接口、第二COM接口、第三COM接口、CPIO接口、COM扩展连接器以及VGA扩展连接器；

所述第二双层USB接口、第一COM接口、第二COM接口、第三COM接口、CPIO接口、COM扩展连接器以及VGA扩展连接器均设置在扩展卡本体上。

优选地，所述硬盘模块包括硬盘抽拉片、硬盘、硬盘架，所述硬盘架连接载板模块的载板本体，硬盘上设置有硬盘抽拉片，硬盘通过硬盘架安装在载板模块的载板本体上，安装到位后硬盘连接硬盘连接器。

优选地，所述电池模组包括CMOS电池、锂电池、电池盒以及电池盖，所述电池盖连接电池盒形成电池安装空间，CMOS电池、锂电池安装在所述电池安装空间内，电池盒安装在外壳的电池安装位置上。

优选地，所述外壳上内部设置有散热器，外壳底部为散热盖板。

优选地，还包括4G模块、SIM卡以及温度监控显示器；所述4G模块与载板模块的4G/WIFI连接器连接，4G模块安装处的外壳上还设置有4G天线；所述SIM卡与载板模块的SIM卡槽连接。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1、本实用新型在硬盘发生故障需要维修时，无需厂家专业人员维护，现场使用人员在断电状态下即可便捷地取出硬盘和便捷地安装硬盘，实现设备维护人员在本地化自行维修处理，提高维护效率，降低维修成本和停机时间。

2、本实用新型采用插针方法扩展嵌入式工控机I/O接口功能，简化嵌入式工控机I/O接口内部连接线，提高了工控机和外围设备通讯的可靠性，增强了设备的稳定性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型一个角度的结构示意图。

图2为本实用新型另一个角度的结构示意图。

图3为本实用新型外壳和载板模块的结构示意图。

图4为本实用新型外壳的结构示意图。

图5为本实用新型载板模块和扩展卡模块以及核心板模块的结构示意图。

图6为本实用新型核心板模块的一个角度的结构示意图。

图7为本实用新型核心板模块的另一个角度的结构示意图。

图8为本实用新型载板模块的一个角度的结构示意图。

图9为本实用新型载板模块的另一个角度的结构示意图。

图10为本实用新型扩展卡模块的一个角度的结构示意图。

图11为本实用新型扩展卡板模块的另一个角度的结构示意图。

图12为本实用新型硬盘模块的结构示意图。

图13为本实用新型电池模组的结构示意图。

图中示出：

核心板模块110 指示灯连接器17 第二双层USB接口40

内存条1 电源输出连接器18 第一COM接口41

散热器2 USB连接器19 第二COM接口42

温度监控显示器3 电阻触摸控制连接器20 第三COM接口43

4G天线4 液晶背光连接器21 CPIO接口44

4G模块5 液晶LVDS连接器22 第二PIN连接器母头45

硬盘架6 硬盘连接器23 COM扩展连接器46

第一PIN连接器母头7 喇叭功放连接器24 VGA扩展连接器47

CPU晶元8 CPU风扇连接器25 硬盘模块100

散热盖板9 4G/WIFI连接器26 硬盘抽拉片50

载板模块120 M.2连接器27 硬盘51

开关10 第一PIN连接器公头30 弹簧螺丝54

直流电源头11 第二PIN连接器公头31 支撑柱55

音频和麦克风二合一接口12 CMOS供电连接器32 电池模组140

HDMI高清显示接口13 SIM卡槽33 CMOS电池71

VGA显示接口14 清CMOS开关34 锂电池72

第一RJ45网络接口15 UPS供电连接器35 电池盒73

第一双层USB接口16 扩展卡模块130 电池盖74

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

根据本实用新型提供的一种模块化工控机，如图1-13所示，包括外壳、核心板模块110、载板模块120、扩展卡模块130、硬盘模块100、电池模组140以及温度监控显示器3；所述外壳内部形成容纳空间，核心板模块110、载板模块120、扩展卡模块130、硬盘模块100以及温度监控显示器3安装在容纳空间内部；所述外壳上设置有电池安装位置，所述电池模组140安装在电池安装位置上；所述外壳上设置有硬盘口，硬盘模块100的硬盘通过硬盘口安装插入外壳内部；所述外壳上设置有与载板模块120以及扩展卡模块130上接口相匹配的接口孔，温度监控显示器3的屏幕位于外壳表面，所述温度监控显示器3实施检测外壳内部温度并显示于外壳外部。所述核心板模块110上设置有第一PIN连接器母头7，载板模块120上设置有第一PIN连接器公头30、第二PIN连接器公头31以及硬盘连接器23，扩展卡模块130上设置有第二PIN连接器母头45，所述核心板模块110通过第一PIN连接器母头7连接载板模块的第一PIN连接器公头30，载板模块120通过第二PIN连接器公头31连接扩展卡模块130的第二PIN连接器母头45，载板模块120通过硬盘连接器23连接硬盘模块100。优选地，所述第一PIN连接器母头4为140PIN连接器母头，第一PIN连接器公头30为140PIN连接器公头，第二PIN连接器公头31为34PIN连接器公头，第二PIN连接器母头45为34PIN连接器母头，硬盘连接器23为15+7PIN硬盘连接器。

如图5所示，所述核心板模块110的核心板本体、载板模块120的载板本体上均设置有安装孔，核心板模块110、载板模块120之间安装孔位置处设置支撑柱55，弹簧螺丝54贯穿安装孔和支撑柱55将核心板模块110和载板模块120固定连接安装。

如图6-7所示，所述核心板模块110包括核心板本体、内存条1以及CPU晶元8，内存条1以及CPU晶元8均设置在核心板本体上。如图8-9所示，所述载板模块120包括载板本体、开关10、直流电源头11、音频和麦克风二合一接口12、HDMI高清显示接口13、VGA显示接口14、第一RJ45网络接口15、第一双层USB接口16、指示灯连接器17、电源输出连接器18、USB连接器19、电阻触摸控制连接器20、液晶背光连接器21、液晶LVDS连接器22、硬盘连接器23、喇叭功放连接器24、CPU风扇连接器25、4G/WIFI连接器26、M.2连接器27、CMOS供电连接器32、SIM卡槽33、清CMOS开关34以及UPS供电连接器35；所述开关10、直流电源头11、音频和麦克风二合一接口12、HDMI高清显示接口13、VGA显示接口14、第一RJ45网络接口15、第一双层USB接口16、指示灯连接器17、电源输出连接器18、USB连接器19、电阻触摸控制连接器20、液晶背光连接器21、液晶LVDS连接器22、喇叭功放连接器24、CPU风扇连接器25、CMOS供电连接器32、SIM卡槽33、清CMOS开关34以及UPS供电连接器35均设置在载板本体的边缘。所述硬盘连接器23、4G/WIFI连接器26、M.2连接器27设置在载板本体上。优选地，所述开关10为圆形开关，直流电源头11为M8直流电源头。SIM卡槽33设置在载板本体边缘，能够方便的弹出结构件(载板本体)外；CMOS供电连接器32设置在载板本体边缘，能够方便的更换CMOS电池；清CMOS开关34设置在载板本体边缘，能够方便的对BIOS(Basic Input Output System)恢复出厂设置；UPS供电连接器35设置在载板本体边缘，能够方便的外连UPS电池。

如图10-11所示，所述扩展卡模块130包括扩展卡本体、第二双层USB接口40、第一COM接口41、第二COM接口42、第三COM接口43、CPIO接口44、COM扩展连接器46以及VGA扩展连接器47；所述第二双层USB接口40、第一COM接口41、第二COM接口42、第三COM接口43、CPIO接口44、COM扩展连接器46以及VGA扩展连接器47均设置在扩展卡本体上。优选地，所述第一COM接口41、第二COM接口42为9线COM接口，第三COM接口43为3线COM接口，COM扩展连接器46为4COM扩展连接器(能够扩展4个COM接口)。

如图3、5以及12所示，所述硬盘模块100包括硬盘抽拉片50、硬盘51、硬盘架6，所述硬盘架6连接载板模块120的载板本体，硬盘51上设置有硬盘抽拉片50，硬盘51通过硬盘架6安装在载板模块120的载板本体上，安装到位后硬盘51连接硬盘连接器23。如图13所示，所述电池模组140包括CMOS电池71、锂电池72、电池盒73以及电池盖74，所述电池盖74连接电池盒73形成电池安装空间，CMOS电池71、锂电池72安装在所述电池安装空间内，电池盒73安装在外壳的电池安装位置上。如图2、4所示，所述外壳上内部设置有散热器2，外壳底部为散热盖板9。如图3、4以及9所示，还包括4G模块5、SIM卡；所述4G模块5与载板模块120的4G/WIFI连接器26连接，4G模块5安装处的外壳上还设置有4G天线4；所述SIM卡与载板模块120的SIM卡槽33连接。

优选地，所述硬盘51的更换过程为：打开硬盘抽拉片50，拉扯硬盘抽拉片50，就可以把硬盘51拉出来以便更换新的硬盘51；撕掉硬盘抽拉片50表面的双面胶离型纸，将硬盘抽拉片50下边和左右两边的孔对应硬盘51上的四个孔，粘贴在硬盘51上；将组装好的硬盘至于硬盘架6内，使有硬盘抽拉片50的一面跟硬盘架6贴合，缓缓用力将硬盘51往工控机内部推送，直至碰到硬盘连接器23，再轻轻往里一推，就对接好了，再将硬盘抽拉片50扣入散热盖板9下与外壳紧固连接。

SIM卡的安装拆卸过程为：将SIM卡插入SIM卡槽33内，注意方向；快顶到底的时候，稍微用力推动SIM卡，SIM卡就会自动扣上；再轻轻推动SIM卡，SIM卡便会弹出一段距离；用手可以拔取出SIM卡。

电池模组140的安装过程为：将锂电池72放置于电池盒73内，线材从电池盒73的空洞中穿出来；将CMOS电池71撕掉表面的双面胶离型纸，将CMOS电池71粘贴在电池盒73的圆形凸台上，即将CMOS电池71安装在电池盒73对应的位置上；将电池盖74水平从右到左推入电池盒73上，电池盖74上的倒扣对应电池盒73内的卡扣，用力推到位即可使电池盖74与电池盒73连接；将电池模组140上的CMOS电池71接线口与载板模块120的CMOS供电连接器32连接好；将电池模组140上的锂电池72接线口与载板模块120的UPS供电连接器35连接好；再将电池模组140的电池盒73扣入外壳上的电池安装位置；将电池模组140和散热器2连接在一起，通过散热器2对电池模组140散热。

本实用新型提供的模块化工控机结构设计紧凑，体积小巧，可快速的嵌入到各种控制设备中。通过使用本实用新型，当硬盘出现问题需要更换时，无需专业人员和专业厂家维护处理，现场使用人员在断电状态下即可便捷地取出硬盘和便捷地安装硬盘，实现设备维护人员在本地化自行维修处理，提高维护效率，降低维修成本和停机时间。本实用新型为支持多个串口的嵌入式工控机，一般嵌入式工控机部分I/O接口是通过主板内部扩展口通过引线来扩展相关功能，引线在高低温和震动环境中容易造成老化和接触不良，引起通讯故障，增加设备故障率，本实用新型的I/O接口是通过插针无线化技术来实现I/O接口扩展，简化嵌入式工控机I/O接口内部连接线，提高工控机和外围设备通讯的可靠性，增强设备的稳定性，在各种工业现场环境中使用不会出现接触不良导致的通讯故障。本实用新型集成温度监控功能，生产人员可以通过温度显示是否正常来判断工控机内部散热结构是否良好；客户现场人员可以通过温度显示判断环境是否需要增加对流风机来改善产品的使用环境；维修人员可以简单排查工控机问题还是工作环境问题。有温度显示和监控的功能，可以让使用者为工控机提供一个更好的温度环境，提供工控机的温度性。本实用新型采用电池模组，UPS电池的接入，停电之后，工控机有3-15分钟的电池接管时间；在这个期间内，用户可以手动保存数据，关闭软件；从而起到保护数据，保护系统，保护硬件的作用；也可以软件自动关机，解决了工业现场，非法断电导致的硬盘损坏，系统崩溃，数据丢失的问题。本实用新型采用模块化的核心板组合，在不改变载板和扩展卡接口的情况下，工控机性能的提升，有更多的选择性；随着技术更新，只需要较少的设计成本，能够衔接上更新一代intel计算平台；需要更多的USB接口，或者更多的COM接口时，只需要变动扩展卡就能实现多种方案。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种模块化工控机，其特征在于，包括外壳、核心板模块(110)、载板模块(120)、扩展卡模块(130)、硬盘模块(100)、电池模组(140)以及温度监控显示器(3)；所述外壳内部形成容纳空间，核心板模块(110)、载板模块(120)、扩展卡模块(130)、硬盘模块(100)以及温度监控显示器(3)安装在容纳空间内部；所述外壳上设置有电池安装位置，所述电池模组(140)安装在电池安装位置上；所述外壳上设置有硬盘口，硬盘模块(100)的硬盘通过硬盘口安装插入外壳内部；所述外壳上设置有与载板模块(120)以及扩展卡模块(130)上接口相匹配的接口孔，温度监控显示器(3)的屏幕位于外壳表面。

2.根据权利要求1所述的模块化工控机，其特征在于，所述核心板模块(110)上设置有第一PIN连接器母头(7)，载板模块(120)上设置有第一PIN连接器公头(30)、第二PIN连接器公头(31)以及硬盘连接器(23)，扩展卡模块(130)上设置有第二PIN连接器母头(45)，所述核心板模块(110)通过第一PIN连接器母头连接载板模块的第一PIN连接器公头(30)，载板模块(120)通过第二PIN连接器公头(31)连接扩展卡模块(130)的第二PIN连接器母头(45)，载板模块(120)通过硬盘连接器(23)连接硬盘模块(100)。

3.根据权利要求1所述的模块化工控机，其特征在于，所述核心板模块(110)的核心板本体、载板模块(120)的载板本体上均设置有安装孔，核心板模块(110)、载板模块(120)之间安装孔位置处设置支撑柱(55)，弹簧螺丝(54)贯穿安装孔和支撑柱(55)将核心板模块(110)和载板模块(120)固定连接安装。

4.根据权利要求1所述的模块化工控机，其特征在于，所述核心板模块(110)包括核心板本体、内存条(1)以及CPU晶元(8)，内存条(1)以及CPU晶元(8)均设置在核心板本体上。

5.根据权利要求1所述的模块化工控机，其特征在于，所述载板模块(120)包括载板本体、开关(10)、直流电源头(11)、音频和麦克风二合一接口(12)、HDMI高清显示接口(13)、VGA显示接口(14)、第一RJ45网络接口(15)、第一双层USB接口(16)、指示灯连接器(17)、电源输出连接器(18)、USB连接器(19)、电阻触摸控制连接器(20)、液晶背光连接器(21)、液晶LVDS连接器(22)、硬盘连接器(23)、喇叭功放连接器(24)、CPU风扇连接器(25)、4G/WIFI连接器(26)、M.2连接器(27)、CMOS供电连接器(32)、SIM卡槽(33)、清CMOS开关(34)以及UPS供电连接器(35)；

所述开关(10)、直流电源头(11)、音频和麦克风二合一接口(12)、HDMI高清显示接口(13)、VGA显示接口(14)、第一RJ45网络接口(15)、第一双层USB接口(16)、指示灯连接器(17)、电源输出连接器(18)、USB连接器(19)、电阻触摸控制连接器(20)、液晶背光连接器(21)、液晶LVDS连接器(22)、喇叭功放连接器(24)、CPU风扇连接器(25)、CMOS供电连接器(32)、SIM卡槽(33)、清CMOS开关(34)以及UPS供电连接器(35)均设置在载板本体的边缘；

所述硬盘连接器(23)、4G/WIFI连接器(26)、M.2连接器(27)设置在载板本体上。

6.根据权利要求1所述的模块化工控机，其特征在于，所述扩展卡模块(130)包括扩展卡本体、第二双层USB接口(40)、第一COM接口(41)、第二COM接口(42)、第三COM接口(43)、CPIO接口(44)、COM扩展连接器(46)以及VGA扩展连接器(47)；

所述第二双层USB接口(40)、第一COM接口(41)、第二COM接口(42)、第三COM接口(43)、CPIO接口(44)、COM扩展连接器(46)以及VGA扩展连接器(47)均设置在扩展卡本体上。

7.根据权利要求1所述的模块化工控机，其特征在于，所述硬盘模块(100)包括硬盘抽拉片(50)、硬盘(51)、硬盘架(6)，所述硬盘架(6)连接载板模块(120)的载板本体，硬盘(51)上设置有硬盘抽拉片(50)，硬盘(51)通过硬盘架(6)安装在载板模块(120)的载板本体上，安装到位后硬盘(51)连接硬盘连接器(23)。

8.根据权利要求1所述的模块化工控机，其特征在于，所述电池模组(140)包括CMOS电池(71)、锂电池(72)、电池盒(73)以及电池盖(74)，所述电池盖(74)连接电池盒(73)形成电池安装空间，CMOS电池(71)、锂电池(72)安装在所述电池安装空间内，电池盒(73)安装在外壳的电池安装位置上。

9.根据权利要求1所述的模块化工控机，其特征在于，所述外壳上内部设置有散热器(2)，外壳底部为散热盖板(9)。

10.根据权利要求1所述的模块化工控机，其特征在于，还包括4G模块(5)、SIM卡；所述4G模块(5)与载板模块(120)的4G/WIFI连接器(26)连接，4G模块(5)安装处的外壳上还设置有4G天线(4)；所述SIM卡与载板模块(120)的SIM卡槽(33)连接。

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