《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于WindowsCE.net的嵌入式控制系統(tǒng)
中電網(wǎng)
摘要: 在具體的應(yīng)用上WindowsCE.net的操作與傳統(tǒng)的微軟公司桌上型視窗操作系統(tǒng)ex:Windows2000/XP一樣便利,同時(shí)提供應(yīng)用開發(fā)者有足夠的發(fā)展平臺(tái)例如Networking,InternetService,WebServer,F(xiàn)TPServer,DCOM,.netCompactFramework,ConnectivitytoERP等軟件包,讓系統(tǒng)開發(fā)者可以將更多的時(shí)間花在應(yīng)用程序的開發(fā)和控制邏輯的完善上。透過SQLServerCE2.0和iPushEmbedded,使用者可以很方便地將現(xiàn)場(chǎng)信息整合到MIS甚至是ERP系
Abstract:
Key words :

前言 

在自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域,從60年代后期,美國(guó)Bedford Associate提出以Modular Digital Controller MODICON取代繼電器控制盤。

并研發(fā)出世界上第一種投入商業(yè)生產(chǎn)的PLC-Programmable Logic Controller-MODICON084以后,PLC廠家始終處于獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷的地位,不僅是規(guī)格的制定者,更主導(dǎo)了整個(gè)市場(chǎng)的走向,但是由于近年來用戶對(duì)開放性架構(gòu)的強(qiáng)烈要求及渴望,也因?yàn)樾畔⒓夹g(shù)IT 發(fā)展的日新月異,使得PLC廠家不得不認(rèn)真面對(duì)這一變革,這樣的結(jié)果同時(shí)也讓浸淫于PC-Based技術(shù)發(fā)展多年的工業(yè)計(jì)算機(jī)廠商重新取得了參賽權(quán)。我們可以預(yù)見的是未來不管是PLC或PC-Based控制器,除了保留PLC在過程控制Process Control上的優(yōu)點(diǎn)之外,隨著計(jì)算技術(shù)Computing,通信技術(shù)Communication和軟件編程技術(shù)的發(fā)展,即將趨向于使用開放式的硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)以及統(tǒng)一的編程工具,此外,為達(dá)到“萬物連網(wǎng)”的要求,采用開放的以太網(wǎng)絡(luò)Ethernet接口來串起其它工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線,也是非常必要的。

這其中最關(guān)鍵的技術(shù)就在于:

(1)嵌入式PC系統(tǒng);

(2)支持各種現(xiàn)場(chǎng)總線的I/O模塊;

(3)符合IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)的編程軟件。有鑒于此,身為中國(guó)自動(dòng)化產(chǎn)品生產(chǎn)廠家的一員,經(jīng)過近兩年的努力,不僅將嵌入式的技術(shù)應(yīng)用在WinCon產(chǎn)品上,更將積累多年研發(fā)各類總線I/O的技術(shù)附加其中。而為提供符合IEC 61131-3的編程軟件,我們則把嵌入式運(yùn)行版Run-time Engine的ISaGRAF與Micro TRACE MODE 5加入操作系統(tǒng)映像OS Image中,此外為求達(dá)到使用者便利性,在嵌入式人機(jī)接口HMI,我們則提供了Indusoft Web Studio與AdAsTRa Embedded HMI,并在稍后時(shí)間加入更多的同類軟件。

 一、WinCon-8000控制系統(tǒng)架構(gòu)(圖1)

 


如圖1所示,WinCon-8000控制系統(tǒng)主要由下列幾個(gè)部分所組成:

主控制層
 

WinCon-8000采用32-bit RISC CPU,存放操作系統(tǒng)映像的32MB閃存,64MB的內(nèi)存和用來存放應(yīng)用軟件的128MB Compact Flash,在外設(shè)的支持方面則提供了與PC相同的鍵盤/鼠標(biāo)接口、以太網(wǎng)接口、USB接口、標(biāo)準(zhǔn)VGA接口。至于操作系統(tǒng)部份則采用微軟公司具硬實(shí)時(shí)Hard Real-Time性的Windows CE.net 4.2,除了視窗操作畫面外,它也配置了嵌入式瀏覽器,Web和FTP服務(wù)器,解決了Web-Based Control的難題。

網(wǎng)絡(luò)通信層
 

WinCon-8000控制器上層采用以太網(wǎng)Ethernet總線,通過標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議,可以連接上Intranet/Internet,而通過標(biāo)準(zhǔn)的Modbus/TCP協(xié)議,則可以與SCADA軟件溝通。至于下層的網(wǎng)絡(luò),除了RS-232/485外,可以依據(jù)用戶的需求選用CAN?Control Area Network總線及我們自有的FRNet總線,通過Modbus/RTU,CANOpen,DeviceNet等協(xié)議,可以與泓格的遠(yuǎn)程模塊I-7000,緊湊式控制器I-8000以及其它CAN I/O做連接,至于FRNet總線則是沿用了PLC架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),采用Token Ring的方式,無須軟件協(xié)議,在固定的時(shí)間內(nèi)可以掃描所有的I/O點(diǎn),再透過Dual-Port RAM的方式與主控制層做溝通。

I/O層
 

 WinCon-8000采用與原有I-8000相同的I/O模塊,提供了模擬量輸出/入,數(shù)字量輸出/入,繼電器輸出,熱電阻RTD/熱電偶Thermal Couple輸入,應(yīng)變量Strain Gauge輸入,計(jì)數(shù)器/定時(shí)器以及RS-232多串口等模塊,在擴(kuò)充性上,可透過87Kx RS-485與87Ex Ethernet I/O擴(kuò)展單元連接87K模塊。

操作接口層
 

為讓用戶有不同的選擇,我們將嵌入式HMI軟件整合到控制器上,透過標(biāo)準(zhǔn)的VGA接口?您可以連接普通的顯示器,不需要再通過RS-232外接傳統(tǒng)的HMI,大大的節(jié)省了系統(tǒng)成本。如要與上位機(jī)的組態(tài)軟件做數(shù)據(jù)交換,則可以通過OPC的標(biāo)準(zhǔn)來達(dá)成。

信息系統(tǒng)層
 

 如何將工廠的生產(chǎn)流程與企業(yè)資源管理ERP整合在一起,一直是一個(gè)非常重要的課題,WinCon-8000內(nèi)置了微軟公司的SQL Server CE 2.0,大大地提升在本機(jī)中處理數(shù)據(jù)庫(kù)的能力。至于在如何同時(shí)解決遠(yuǎn)距與實(shí)時(shí)性這的問題上,我們通過選擇與全球?qū)崟r(shí)大量信息領(lǐng)導(dǎo)廠商艾揚(yáng)科技http//www.ICEtech.com.tw進(jìn)行策略聯(lián)盟,藉由授權(quán)取得了艾揚(yáng)遠(yuǎn)距實(shí)時(shí)信息平臺(tái)iPush Server Embedded Edition簡(jiǎn)稱iPush Embedded,將實(shí)時(shí)信息主動(dòng)交換的能力整合進(jìn)WinCon-8000,使其具有新時(shí)代工業(yè)控制器必備的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)信息基礎(chǔ)架構(gòu)。

透過iPush Embedded,WinCon-8000擁有主動(dòng)傳送Active Push數(shù)據(jù)的能力。無論是在局域網(wǎng)絡(luò)LAN ,還是在遠(yuǎn)距網(wǎng)絡(luò)Internet/VPN/Wireless LAN/GPRS/ADSL的環(huán)境下,只要是透過TCP/IP通訊協(xié)議,WinCon-8000就可以源源不絕地把得到的數(shù)據(jù)──包括監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(Data)、報(bào)警(Alarm)與設(shè)備狀態(tài)(Status),實(shí)時(shí)主動(dòng)發(fā)送到遠(yuǎn)程的監(jiān)控軟件,或是送至監(jiān)控中心,從而達(dá)到分散采集、中央實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。這對(duì)于一些遠(yuǎn)距監(jiān)控的應(yīng)用──如遠(yuǎn)程無人機(jī)房來說,可說是一大突破,亦是工業(yè)控制產(chǎn)業(yè)的必由之路。

另外,藉由WinCon8000上的iPush Embedded,可以與艾揚(yáng)科技所提供的中心端ICE iPush Communication Server串聯(lián),讓使用者可以非常輕易地進(jìn)一步架構(gòu)出一個(gè)滿足遠(yuǎn)距/實(shí)時(shí)/多點(diǎn)的監(jiān)控解決方
案,打造最完美的工業(yè)控制信息供應(yīng)鏈。
 

 二、WinCon控制系統(tǒng)軟件
 

 WinCon-8000的編程方式有下列幾種:
 

您可以在PC上選用微軟公司的Visual Studio.net,它包含了Visual Basic.net和Visual C#.net兩種開發(fā)工具,編譯過的managed code通過與.net Compact Framework結(jié)合再將程序下載至控制器上,或者也可以使用Embedded Visual C++來編譯,以上的編程方式,除了微軟所提供的Windows CE Standard SDK,ATL,ActiveX Component,MFC,DCOM和.net Compact Framework外,我們還提供了WinCon-8000 SDK用來控制I-8000,I-87K及I-7000 I/O模塊。

 

     如果要選用HMI或SCADA軟件,WinCon-8000則提供了標(biāo)準(zhǔn)的OPC Server和Master Modbus RTU/TCP函數(shù)庫(kù),我們也可以加入AdAstrA公司的TRA CE HMI來搭配PC端的SCADA軟件。

符合IEC 61131-3的軟邏輯編程工具,我們?cè)赪inCon核心中加入了AdAstrA公司的Micro TRACE MODE 5以及ICS Triplex ISaGRAF for Windows CE,透過他們提供的PC端開發(fā)工具,您就可以把開發(fā)好的程序下載到WinCon上。
WinCon-8000更提供了豐富的工具軟件協(xié)助您管理系統(tǒng),儲(chǔ)存設(shè)定,版本變更,自我診斷,批處理文件程序調(diào)度及遠(yuǎn)程管理WinCon-8000上的所有I/O。

三、結(jié)論

在硬件方面,WinCon-8000提供了像工業(yè)計(jì)算機(jī)般的標(biāo)準(zhǔn)接口,但卻不像它的笨重,在功能上也能滿足工業(yè)控制上的需求,且提供更且競(jìng)爭(zhēng)的價(jià)格,同時(shí)因?yàn)槭褂肦ISC低功耗CPU,及無磁盤,無風(fēng)扇架構(gòu)的特性,遠(yuǎn)比工業(yè)計(jì)算機(jī)更能承受工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境。

在軟件方面Windows CE .net硬實(shí)時(shí)Hard Real-Time及多工Multitasking的特色使WinCon突破了傳統(tǒng)控制器只能進(jìn)行過程控制Process Control的能力,提供使用者實(shí)現(xiàn)即時(shí)反應(yīng)正確可靠控制(time-critical and deterministic Control)的可能。在具體的應(yīng)用上Windows CE.net的操作與傳統(tǒng)的微軟公司桌上型視窗操作系統(tǒng)ex:Windows 2000/XP一樣便利,同時(shí)提供應(yīng)用開發(fā)者有足夠的發(fā)展平臺(tái)例如Networking,Internet Service,Web Server,F(xiàn)TP Server,DCOM,.net Compact Framework,Connectivity to ERP等軟件包,讓系統(tǒng)開發(fā)者可以將更多的時(shí)間花在應(yīng)用程序的開發(fā)和控制邏輯的完善上。透過SQL Server CE 2.0和iPush Embedded,使用者可以很方便地將現(xiàn)場(chǎng)信息整合到MIS甚至是ERP系統(tǒng)中。

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