嵌入式組態軟體系統

嵌入式組態軟體系統

嵌入式組態軟體系統的主要作用是實時控制、監視、管理移動計算機、數據處理等,或者輔助其它設備運轉,完成各種自動化處理的任務。

技術基礎

嵌入式組態軟體系統以套用為中心,以半導體技術、控制技術計算機技術和通訊技術為基礎,強調硬體軟體的協同性與整合性,軟體與硬體可剪裁,以滿足系統對功能、成本、體積和功耗等要求。

最簡單的嵌入式組態軟體系統僅有執行單一功能的控制能力。在唯一的ROM中僅有實現單一功能的控制程式,無微型作業系統。複雜的嵌入式系統,例如個人數字助理(PDA)、手持電腦(HPC)等,具有與PC機幾乎一樣的功能,實質上與PC的區別僅僅是將微型作業系統與套用軟體嵌入在ROM、RAM與FALSH存儲器中,而不是存儲於磁碟等載體中。很多複雜的嵌入式系統又是由若干個小型嵌入式系統集成的。

隨著後PC時代的到來,在工業及其他相關領域的客戶更注重使用符合其特定需求並帶有智慧型的嵌入式工業控制組態軟體。此種組態軟體可大大縮短嵌入式產品投放市場的時間,而且使產品具有豐富的人機界面,嵌入式WEB及符合IEC61131-3的控制邏輯功能,並且可以存儲相當數量的歷史數據,部分完成現場工作站級計算機的功能。

套用

這裡給出不同行業的一些套用舉例:

l、 製造及過程控制:人機操作面板、控制工具機、電機驅動、測試設備、環境監測、輸配電設備、煉油廠設備、遠程無人採集監控站。

2、 醫療衛生設備:X光機、CT、醫政管理系統、病房監測系統;

3、樓宇自控及商業零售網點、商業POS、保全監控設備;

4、 辦公設備及信息家電、機頂盒、手機嵌入系統、程控電話;

5、 網路化可組態設備,如下圖:

嵌入式組態軟體系統 嵌入式組態軟體系統

歸納起來,我們可以給出嵌入式組態軟體在工業過程中的套用模式。其中套用軟體的HMI組件,基於Windows NT ,可以通過該平台上的網路服務獲得現場控制器的操作及監視數據,當然還有一些其他的HMI擴展組件以完成特定功能(如趨勢、報表及歷史記錄等)。而位於嵌入式系統的Internet組件可將所設計的HMI界面通過其內嵌的Web服務程式發布至Internet以供操作人員通過瀏覽器進行監控,而邏輯和流程控制組件基於現場級的帶有實時作業系統的控制器,利用IEC61131-3完成嵌入式控制功能。

一般來講嵌入式工業自動化組態軟體是一種用於嵌入式系統並帶有網路功能(包括Internet服務功能)的嵌入式套用軟體,嵌入式系統是指可嵌入至某一設備、產品並可連線至網路的帶有智慧型(即微處理器或微控制器)的設備。嵌入式組態軟體分開發系統和運行系統。嵌入式組態軟體的開發環境一般運行於具有良好人機界面的Windows 作業系統上,而運行環境可基於多種嵌入式作業系統如Windows CE, DeltaOS,NT Embedded及LINUX和Dos之上,甚至直接支持特定CPU,嵌入式自動化組態軟體的運行系統大多為組件式可伸縮配置結構,一般包括:人機界面HMI組件(包括歷史數據瀏覽、報表及趨勢圖等可選模組)、歷史數據記錄組件、網路通訊組件、Internet組件、Control 邏輯和流程控制組件及實時核心。

組態環境

1、工程管理器(包括項目、實時資料庫、設備等的管理)。

2、畫面組態,包括趨勢圖,報警和報表。

3、實時資料庫和歷史資料庫的組態。

4、編譯下載系統,組態安全系統。

5、作為嵌入式組態核心的控制系統組態包括以下部分:

l軟邏輯組態,實現邏輯控制功能的軟PLC系統。

l連續過程組態及配置,實現流程控制的流程圖系統。

l調試工具,允許線上監視各個內部變數的值,監控流程執行順序,允許重新設定和啟動流程運行。

l仿真運行工具,在開發環境中,仿真運行控制流程,離線測試控制效果。

套用平台

24MHz Intel386EX 高性能32 位微處理器。

2M 位元組系統RAM 包括支持DOS 的640KB 基本存儲器及相應的高端存儲器。

512K 位元組Flash 存儲器。

10BASE-T 乙太網控制接口NE2000 兼容。

一個標準RS232C 串口。

可以連線字元或點陣LCD 接口也可支持數字LED 接口。

可連線擴展小鍵盤。

可以連線液晶屏或顯示器。

可直接支持M-System 公司的DiskOnChip 2000 系列晶片。

供電電壓5V,工作電流330mA

對於更高的性能需求,可以使用更高的CPU,更大的記憶體,並擴充串口或匯流排採集設備等等。

運行於運行環境中的,是由組態環境組態出來的控制流程和業務邏輯。整個運行系統由任務(task)來組織。每個任務包括一個控制流程,由控制流程執行器執行。任務可以由事件或中斷,定時時間間隔,系統出錯或報警,以及上位機指令來調用。運行環境的特殊狀態(例如:啟動,關閉)都有相應的事件對應。每個任務有優先權設定,高優先的任務能夠中斷低級優先任務。同優先權的程式若時間間隔設定不同,可競爭強占CPU資源。在控制流程中,可以進行邏輯和數學運算,流程判斷和執行,設備掃描和處理,控制算法的循環計算、以及網路通訊等操作。

系統服務

嵌入式組態軟體系統 嵌入式組態軟體系統

除了控制流程,運行環境中還包括以下一些系統服務。 通訊服務,實現MCGS系統之間以及與其他系統之間的數據交換。

存檔服務,實現採集數據的存儲處理操作。

日誌服務,實現系統運行日誌記錄功能。

調試服務,輔助實現開發過程中的調試功能。

由於嵌入式組態軟體交叉平台開發的特性,以及其特殊的實時性能和穩定性能要求,在整個開發過程中,調試工具起了一個非常重要的作用,可以說,調試工具的簡便易用,功能強大是嵌入式組態軟體被用戶接受的核心因素之一。

調試功能

MCGS嵌入式組態軟體提供了如下的調試功能。

1)帶有斷點設定功能。可以選擇任意任務中,在控制流程執行的任意位置停止。

2)監控運行系統運行狀態。通過串口或TCP/IP網路通訊,採集運行系統實時資料庫各個數據對象的數值,並在上位機的調試環境中顯示出來。

3)線上修改。線上情況下,修改部分組態結果或參數,運行環境可以接受組態環境的命令,在任意時刻停止運行,重新下載組態結果或更新部分組態結果,重新開始運行。

4)運行系統實時資料庫數據對象數值的觀測和強制改變,以方便系統的調試。

5)仿真運行。允許在離線狀態下(不連線嵌入式系統),測試控制邏輯。仿真狀態下,允許如下操作:可設定斷點;直觀顯示各個流程執行狀態,各個變數當前數值;仿真I/O結果;輸入通過直接點擊對應的輸入點的狀態燈來實現,數字量輸入允許直接改變模擬量,彈出電位器或數字輸入界面,模擬量和計數計時的值允許由數字直接輸出。

同時,由於嵌入式組態軟體按功能剪裁的特性,以及其內嵌的實時多任務作業系統,可以在保證整個嵌入系統小體積,低成本,高實時性,高可靠性的同時,方便不具備嵌入式軟體開發經驗的用戶在極短的時間內,使用嵌入式組態軟體快速開發完成一個嵌入式系統,並極大縮短嵌入式產品進入市場的速度。

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