展望泓格WinCon-8000 WinCE平台控制系统的应用趋势

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="">