基于Windows CE.net的嵌入式控制系統(tǒng)

 前言

在自動控制技術(shù)領(lǐng)域，從60年代后期，美國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)了整個市場的走向，但是由于近年來用戶對開放性架構(gòu)的強(qiáng)烈要求及渴望，也因為信息技術(shù)IT　發(fā)展的日新月異，使得PLC廠家不得不認(rèn)真面對這一變革，這樣的結(jié)果同時也讓浸淫于PC-Based技術(shù)發(fā)展多年的工業(yè)計算機(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)點之外，隨著計算技術(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、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，身為中國自動化產(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時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，采用Token Ring的方式，無須軟件協(xié)議，在固定的時間內(nèi)可以掃描所有的I/O點，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，計數(shù)器/定時器以及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)庫的能力。至于在如何同時解決遠(yuǎn)距與實時性這的問題上，我們通過選擇與全球?qū)崟r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)距實時信息平臺iPush Server Embedded Edition簡稱iPush Embedded，將實時信息主動交換的能力整合進(jìn)WinCon-8000，使其具有新時代工業(yè)控制器必備的網(wǎng)絡(luò)實時信息基礎(chǔ)架構(gòu)。

透過iPush Embedded，WinCon-8000擁有主動傳送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)測數(shù)據(jù)(Data)、報警(Alarm)與設(shè)備狀態(tài)(Status)，實時主動發(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、中央實時監(jiān)控的目的。這對于一些遠(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)出一個滿足遠(yuǎn)距/實時/多點的監(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，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，我們在WinCon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，且提供更且競爭的價格，同時因為使用RISC低功耗CPU，及無磁盤，無風(fēng)扇架構(gòu)的特性，遠(yuǎn)比工業(yè)計算機(jī)更能承受工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。

在軟件方面Windows CE .net硬實時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，提供使用者實現(xiàn)即時反應(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，同時提供應(yīng)用開發(fā)者有足夠的發(fā)展平臺例如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)場信息整合到MIS甚至是ERP系統(tǒng)中。