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展望泓格WinCon-8000 WinCE平台控制系统的应用趋势

供稿:上海金泓格国际贸易有限公司 2003/11/24 0:00:00

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一、前言:
自从Microsoft于数年前推出WinCE操作系统,首先应用于PDA设备上,其功能的表现与现有Windows系统不相上下。此时已经有人提出工控系统应用的构想,事实上Microsoft也以WinCE为踏入工控界的一项利器。对于要求系统稳定性大于新功能的工控系统来说,还是有不少人质疑WinCE的可靠性。但是经过多年的发展,Microsoft于2003年推出WinCE 4.2版后,已经大大提高系统的稳定性。而且WinCE已经具备信息系统许多功能,例如:Ethernet网络、SQL数据库、多媒体影像语音处理、Web联网等等,这些功能又是原有PLC、DCS等工控设备所欠缺的,可以预见一种新的应用趋势将要出现。近年来有些工控设备厂商也陆续推出WinCE+I/O Module的产品,除了有PC系统的功能外,再加上PLC等级的处理控制信号能力,使得一台WinCE设备同时具备PC+PLC的功能。目前泓格于2003年8月所推出的WinCon-8000控制器为其中的代表作。笔者从事工控整合应用系统数十年,由早期的Mini Computer、DOS、Windows等计算机系统都使用过,当看到此种WinCE工控设备的出现,而且价格远比以往PLC设备等更具竞争力时,可以想见的许多原先无法办到或者整合的系统将是有解,而且一些新的应用将会被创造出来。
本文将以WinCon-8000为例,说明WinCE系统的新功能,依据笔者的以往实务经验提出一些应用构想,希望能够抛砖引玉,触发有兴趣者一些新的应用方式,能够与工控业界同好互勉之。二、WinCon-8000主要特点:
在此不做WinCE基本功能的说明,基本上此与Windows功能是相同的。WinCE加强Real Time功能、较小的操作系统、快速系统启动、中断处理等方面功能,以因应自动控制的最重要需求:「时间掌控、实时反应」。
我们重点要放在当WinCE作为工控系统时,必须重视的是相关软硬件系统搭配,毕竟此与一般的PC系统是不同的。
1.I/O模块:I/O Module分成三种类:串行式连接、Ethernet网络连接、Parallel Bus(Build in I/O)连接等。其中串行式速度最慢,Ethernet网络次之,Parallel Bus最快。此三种架构的I/O Module都有适用的场合,因应所规划的信号响应速度,选择所需的种类。但是在此必须提醒的一点是Parallel Bus I/O,具有非常快速的信号反应,又因为与主机在同一个设备上共享同一电源,所以没有串行式及Ethernet网络等两种I/O,可能发生网络断线或电源断线等故障。也就是Parallel Bus I/O的速度及稳定度远大于其它两种I/O,这是在规划一个控制系统架构时,必须考虑的要点。而不要迷信只有Ethernet I/O就可以取代一切信号点的做法。



另外网络I/O尚有CAN(Control Area Network) Bus与泓格自有的FRNet透过Modbus/RTU、CANOpen、DeviceNet等通信规约, 可以与泓格的I-7000、I-8000及其它厂牌的CAN I/O相连接,而且FRNet则是沿用了PLC架构的优点,采用Token Ring的方式,无须软件协议,在固定的时间内可以扫描所有的I/O点,再透过Dual-Port RAM的方式与主控制层做沟通。
2.Soft PLC:提供ISaGRAF、Micro Trace Mode等Soft Logic PLC的软件包,可以完全执行PLC的Ladder Diagram的程序功能。使用方式就是先于PC上编辑设计Ladder Diagram应用程序,然后下载至WinCon-8000执行。也就是可以当作一台PLC来使用,而且还有以下数点PLC所不能做到的功能,如此架构可以产生PLC Plus的效果。此Plus的功能就会激发出许多新的应用架构。
3.SCADA System:提供Indusoft Web Studio、AdAstrA Embedded HMI等套装监控系统。于WinCon-8000上提供的是执行版本。先于PC设计所要的监控画面,然后Download至WinCon-8000上执行。这些监控系统也具备各种PLC的通信模块以及OPC Client的Driver,所以除了与WinCon-8000本身的I/O Module通信外,还很容易地与其它PLC通信。我们可以发现以前一台某厂牌的PLC要与另一厂牌的通信是多么困难的一件事,现在可以藉由PLC与SCADA为一体的架构做到。又SCADA具有Web的功能,所以透过Internet做到Remote Control的功能。我们想象单独一台PLC要上Internet又是何等的困难,但是WinCon-8000可以轻易地办到,只不过WinCE是先进的操作系统,很简单地就可以融入现有信息系统的大架构中,此功能不过举手之劳,但是在实务应用上却是一大突破。可以想见地许多新的应用领域将会被开发出来。
4.OPC and Modbus支援:WinCon-8000提供OPC以及Modbus等两种数据通信方式,可以与外部系统做I/O信号值的数据交换。这些通信方式为工控业界的两大通信标准,所以系统整合也是标准化。举例来说:以前任何一个程序要与PLC相连以读写相关信号点,必须自行设计通信Driver,但是对于各种PLC不同的通信方式及信号安排都不熟悉,系统设计门坎非常的高。如今只要依据以上两种通信标准,市面上有许多组件可以使用。只要使用一台 WinCon-8000就搞定一切。
5.SQL数据库:此功能是非常重要的一点。此为标准的关系型数据库,与Windows SQL Server同一等级。一般控制系统因为受限于硬件的架构,只能专注于信号点的处理,而无法做大量数据的处理。但是PC软硬件系统的发展,使得此方面的基础系统健全,而且价格更便宜,因此大量资料的储存及处理变成可能,可以扩展许多新的应用领域。例如:配方表、生产工单、产品品质纪录、操作纪录、警报纪录、作业程序步骤、影像文件、语音文件、设备运转纪录、大量信号数据记录、….等等各种形式数据的运用。当数据越详细,活用数据的机会越多,就会创造许多新的功能,信息越透明就会使得控制更为精确,同时也降低人为的错误率,并且延伸出许多新的应用手法。
6.网络联机iPush:此功能打开一扇网络方便门,使得应用系统使用者不用知道背后复杂的网络处理程序。以往如果设计网络系统,就必须知道TCP/IP、Socket、网络通信规约7层架构、….等等技术知识,然后设计网络通信程序,又要考虑通信量、通信速度、Socket API使用、通信Timing的掌握…等等高级的程序设计技巧。同时通信的形式又有多种选择,例如:简讯、语音通知、影像传输、E-mail、Message、主动广播、多数或单独通知、通信频率、单向或双向通信、….等等不同方式。最后接收端的选择也是多样性,例如:监控系统、OPC Server、Excel、PDA、手机、Internet浏览器、….等等。如今以上的一切都交给iPush就可以了。如下图所示。



WinCon-8000已经配置有iPush Server,经过设定后就可以做到以上所有的事情。于接收端(iPush Client)则提供各种组件负责接收,例如:Excel或Internet浏览器安装相关组件,就可以开始与WinCon-8000通信,完全不用设计程序。当然如果想要自行设计程序,然后透过 iPush做网络通信也非常简单,无论于iPush Server端或者iPush Client端,只要运用相关组件API就可以达到目的,所使用的API也简化到connect、read、write、disconnect、…等少数功能即可。
我们要晓得使用WinCon-8000绝大部分为电机设计人员,可以想见当要这类使用者去设计复杂网络程序,如同缘木求渔一般的困难。但是工控设备要连上网络这又是必须经过的第一道关卡,如今见到WinCon-8000对这方面提出解决方案,这就是完全站在使用者立场所设计出来的产品。
7.开发工具应用:如果要自行开发程序有Visual Basic .NET、Visual C#、Embedded Visual C  等多种工具。同时也有多种接口API以作为整合设计用。例如:控制I/O的DLL、iPush组件、SCADA System API、SQL Server API、Modbus Protocol DLL、OPC接口等。也就是可以由各种功能层面得到所要的连接接口,如此形成一个完全的整合系统,无论从哪一方面切入都可以得到满意的整合性。所以使用者可以放心去设计特有功能的程序,然后整合至原有套装系统,变成一个新的应用系统。



三、应用趋势探讨:
以下的应用架构是依据我以前的实务经验所想象出来的,于系统上、技术上绝对可行,所缺少的是实际应用例。只要读者抓住各应用例的核心功能,寻找适当的应用场合,就可以发挥WinCon-8000的最大效能。
1.单一或远程控制盘:
1.1应用说明:
* 一般控制盘都是将现场信号配线至端子盘后,接至PLC的I/O Module内,设计Ladder Diagram程序做控制,再通信连接至PC的SCADA系统或者专用的监控系统接口设备,做各种人机画面操作。
* 如今可以将Ladder Diagram以及SCADA监控系统设计于同一台WinCon-8000内。而且还有先进的Web Internet远程监控功能,再加上iPush主动将信号送至所指定的系统上。
1.2主要功能:
* 一台设备即可组合成IPC+PLC相同的功能。
* 远程监控功能,尤其适合于该控制盘配置于人员无法随时管理的地方,透过此功能达到遥控目的。
* 网络配置只要利用现有电讯设备,例如:ADSL等即可。
1.3系统组成:Soft PLC、SCADA、iPush等系统。
2.配方机器控制:
2.1应用说明:
* 有许多生产设备需要配方表的控制,例如:塑料成型设备、预拌混凝土生产系统、饲料生产设备…等等。
* 依据配方会连动不一样的I/O控制。而且以网络与中控室主计算机系统联机视需要随时更新配方规格。
* 目前系统大都使用PLC再加PC或者监控触控屏幕,采单机作业,无法网络整合。
2.2主要功能:
* 一台设备即可组合成IPC+PLC相同的功能。
* SQL Server储存配方规格及操作步骤程序等,提供最人性化的接口操作。
* 与中控系统联网随时做数据交换及更新。
2.3系统组成:Soft PLC、SCADA、SQL Server等系统。
3.居家保全控制主机:
3.1应用说明:
* 以往保全系统是一个专属的封闭系统,除了居家的门窗、火警、门禁等信号外,都使用电讯专线以达到联机通信的功能。所以保全系统较难扩展至广泛应用领域。
* 使用WinCon-8000可以设计<< p="">

审核编辑(王静)
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