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)- MODICON 084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)的強烈要求及望，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，此外為求達到使用者便利性，在嵌入式人機接口(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。
WinCon-8000控制系統(tǒng)架構(gòu)

WinCon-8000控制系統(tǒng)架構(gòu)

如圖所示，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，在擴充性上，可以透過87Kx(RS-485)與87Ex(Ethernet)I/O擴展單元來連接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，大大的提升在本機中處理數(shù)據(jù)庫的能力。至于在如何同時解決遠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)廠商艾揚科技 (http://www.icetech.com.tw) 進行策略聯(lián)盟，藉由授權(quán)取得了艾揚遠距實時信息平臺iPush Server Embedded Edition(簡稱iPush Embedded)，將實時信息主動交換的能力整合進WinCon-8000，使其具有新世代工業(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)送到遠程的監(jiān)控軟件，或是送至監(jiān)控中心，從而達到分散采集、中央實時監(jiān)控的目的。這對于一些遠距監(jiān)控的應(yīng)用──如遠程無人機房來說，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一步架構(gòu)出一個滿足遠距/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。

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TRACE 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，批處理文件排程處理及遠程管理WinCon-8000上的所有I/O。

結(jié)論

　　在硬件方面，WinCon-8000提供了像工業(yè)計算機般的標(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，遠比工業(yè)計算機更能承受工業(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。