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嵌對(duì)入式智能人機(jī)界面與PLC的通訊探討

   1、引言 
   
    近年來(lái)www.cechina.cn,“嵌入式”一詞越來(lái)越多的被人們提及,嵌入式產(chǎn)品被應(yīng)用到各行各業(yè)。與嵌入式相關(guān)的技術(shù)如嵌入式產(chǎn)品,嵌入式系統(tǒng)的研究等也被列為“十五” 家發(fā)展的重點(diǎn)方向。 
   
    嵌入式系統(tǒng) (bbbbbded System)被定義為:以應(yīng)用為中心,以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ),軟件硬件可裁剪,適應(yīng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 
   
    隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展,基于PLCwww.cechina.cn,單片機(jī)等設(shè)備的自動(dòng)化系統(tǒng)控制工程網(wǎng)版權(quán)所有,自動(dòng)化設(shè)備越來(lái)越普及,幾乎遍布所有自動(dòng)化領(lǐng)域,與之相應(yīng)的人機(jī)交互系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生,并得到同步發(fā)展?;谇度胧郊夹g(shù)的工業(yè)人機(jī)界面是人機(jī)交互系統(tǒng)中一顆耀眼的明星。高可靠, 壽命,體積小,高性能,多線(xiàn)程,多任務(wù),強(qiáng)實(shí)時(shí)等特點(diǎn)使嵌入式工業(yè)人機(jī)界面越來(lái)越受到自動(dòng)化系統(tǒng)集成商,自動(dòng)化設(shè)備制造商的青睞。它能夠理
想,生動(dòng)地顯示PLCwww.cechina.cn,單片機(jī)等工業(yè)設(shè)備上的數(shù)據(jù)信息,功能強(qiáng)大,使用方便。它作為PLC等控制設(shè)備的上端設(shè)備在用戶(hù)和機(jī)器之間架設(shè)了一條橋梁。該產(chǎn)品目前廣泛應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng),醫(yī)療,金融等行業(yè)的自動(dòng)化設(shè)備。 
   
    隨著越來(lái)越多的工程項(xiàng)目采用了嵌入式人機(jī)界面,相應(yīng)的,用戶(hù)對(duì)與嵌入式硬件配套使用的監(jiān)控系統(tǒng)(Supervisory Control and Data Acquisition控制工程網(wǎng)版權(quán)所有,SCADA)等應(yīng)用軟件的需求也在增加。這也正是本文所要討論的問(wèn)題。這里講的嵌入式監(jiān)控系統(tǒng),其硬件為嵌入式智能人機(jī)界面;其軟件為嵌入式操作系統(tǒng),另加自己開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序。本文后面主要介紹這個(gè)監(jiān)控應(yīng)用程序,重點(diǎn)介紹應(yīng)用程序中通訊部分的實(shí)現(xiàn)原理。 
   
    當(dāng)今,已發(fā)展有多種嵌入式操作系統(tǒng),如Linux, VxWorks,WinCE.net等,完全可在其上開(kāi)發(fā)出圖文并茂、界面友好的應(yīng)用,以滿(mǎn)足監(jiān)控系統(tǒng)的種種要求。只是由于嵌入式技術(shù)相對(duì)是一門(mén)新興的領(lǐng)先技術(shù),涉足的人相對(duì)還比較少,所以這樣的應(yīng)用目前還比較少。本文介紹的嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)算是一個(gè)實(shí)例吧。  
   
    2、系統(tǒng)組成  
   
    我們所開(kāi)發(fā)的這套嵌入式監(jiān)控系統(tǒng),上位機(jī)是沈陽(yáng)鷺島資訊科技有限公司開(kāi)發(fā)的嵌入式智能工業(yè)控制人機(jī)界面(以下簡(jiǎn)稱(chēng)人機(jī)界面)。其嵌入式工業(yè)控制器是以Geode X86為核心處理器控制工程網(wǎng)版權(quán)所有,包括網(wǎng)絡(luò)通訊,數(shù)據(jù)通信,大尺寸觸摸屏及液晶顯示的硬件平臺(tái),在其上運(yùn)行 WinCE操作系統(tǒng)。提供20個(gè)通用IO點(diǎn)供用戶(hù)使用,物理層支持ProfiBus等現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn),支持16位真彩TFT LCD顯示,有64M SDRAM內(nèi)存,64M FLASH閃存,據(jù)有USB接口,10/100M Ethernet網(wǎng)絡(luò)通訊接口,以及串口,并口,VGA口等通用接口。 
   
    下位機(jī)用日本OMRON公司的PLCwww.cechina.cn,或SIMENS PLCwww.cechina.cn,或施耐德NEZA PLCwww.cechina.cn,或日本三菱公司的 PLCwww.cechina.cn,等等當(dāng)前比較流行的PLCwww.cechina.cn,當(dāng)然溫控表,單片機(jī),智能模塊等工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備也可以。 
   
    控制對(duì)象(比如鍋爐等)的工作由上述控制設(shè)備(各種PLC等)控制;而控制對(duì)象的狀態(tài)則用人機(jī)界面及在其上開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序進(jìn)行監(jiān)控。 
   
    人機(jī)界面的操作系統(tǒng)采用了微軟的WinCE.net。WinCE.net是為各種嵌入式系統(tǒng)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一種緊湊,高效,可伸縮的操作系統(tǒng)(OS),主要面向各種嵌入式系統(tǒng)和產(chǎn)品。其多線(xiàn)程、多任務(wù)、完全搶占式的特點(diǎn)是專(zhuān)門(mén)針對(duì)資源有限而設(shè)計(jì)的。OEM開(kāi)發(fā)商可根據(jù)自己硬件組成的特點(diǎn)對(duì)WinCE.net進(jìn)行選擇裁剪,從而配置出穩(wěn)定高效并且是特有的WinCE.net操作系統(tǒng)和相應(yīng)的SDK開(kāi)發(fā)包。在應(yīng)用上,WinCE.net支持超過(guò)1000個(gè)公共Microsoft Win32 API和幾種附加的編程接口,用戶(hù)可利用它們來(lái)開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序。另外,微軟為開(kāi)發(fā)WinCE.net應(yīng)用程序的人員提供了與Visual C++類(lèi)似、支持MFC的Microsoft bbbbbded Visual C++語(yǔ)言。下面我們將介紹一下開(kāi)發(fā)過(guò)程的細(xì)節(jié)問(wèn)題。 
   
    3、軟件流程 
   
    應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)是在個(gè)人計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的。個(gè)人計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)為bbbbbbS 2000。應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)平臺(tái)是Microsoft bbbbbded Visual C++集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。 
   
    在應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)時(shí)
CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有
,還可以利用微軟提供的測(cè)試模擬器(Emulator)。有了它可做到,即使沒(méi)有人機(jī)界面,也可進(jìn)行程序調(diào)試。 
   
    開(kāi)發(fā)最終生成的可執(zhí)行文件,可使用Microsoft bbbbbded Visual c++開(kāi)發(fā)環(huán)境提供的下載功能,通過(guò)串口或局域網(wǎng),下載給人機(jī)界面。 
   
 &n
bsp;  工作時(shí),PLC等工控設(shè)備運(yùn)行它的控制程序,而人機(jī)界面則運(yùn)行這個(gè)下載的可執(zhí)行文件。兩者通過(guò)串口進(jìn)行通訊,但通訊的主動(dòng)方為人機(jī)界面。人機(jī)界面依監(jiān)控要求
控制工程網(wǎng)版權(quán)所有
,向PLC等發(fā)送通訊命令,PLC則作相應(yīng)的應(yīng)答。 
   
    人機(jī)界面從PLC上收到應(yīng)答的數(shù)據(jù)后,在觸摸屏上,以圖表、動(dòng)畫(huà),文字等的界面顯現(xiàn)出來(lái),供用戶(hù)觀(guān)察。還可把這些數(shù)據(jù)進(jìn)行存貯、打印,甚至于向ERP等管理信息系統(tǒng)傳送。 
   
    如須對(duì)PLC或控制對(duì)象進(jìn)行干預(yù),也可在人機(jī)界面的觸摸屏上,通過(guò)觸摸鍵或觸摸鼠標(biāo)CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有,向PLC發(fā)送命令或數(shù)據(jù),以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制。 
   
    這個(gè)應(yīng)用的執(zhí)行流程框圖為: 

圖1執(zhí)行流程框圖 
圖1 執(zhí)行流程框圖

    4、畫(huà)面構(gòu)成 
   
    一般的工程監(jiān)控畫(huà)面有:文字顯示

www.cechina.cn
,生產(chǎn)工藝流程顯示(包括動(dòng)畫(huà),柱狀圖顯示等),報(bào)警,人員操作,趨勢(shì)曲線(xiàn)等等。我們的系統(tǒng)架構(gòu)是做一個(gè)基于主對(duì)話(huà)框的程序。再將這些不同的畫(huà)面用子對(duì)話(huà)框表現(xiàn)出來(lái)。 
   
    主對(duì)話(huà)框負(fù)責(zé)初始化串口CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有,打開(kāi)串口,啟動(dòng)讀串口線(xiàn)程等;而各子對(duì)話(huà)框則定時(shí)或根據(jù)需要向串口發(fā)送各種命令,通過(guò)主對(duì)話(huà)框的線(xiàn)程讀回命令的應(yīng)答,再在子對(duì)話(huà)框中以一定的形式提供給用戶(hù),以供監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。這其中主要的技術(shù)就是串口通訊。下面我們重點(diǎn)講述通訊的實(shí)現(xiàn)。 
   
    5、通訊實(shí)現(xiàn) 
   
    人機(jī)界面提供的串口是符合通用標(biāo)準(zhǔn)的。WinCE.net下的串口通訊與bbbbbbs下的串口通訊原理相同。都是應(yīng)用程序不直接控制硬件,而是通過(guò)操作系統(tǒng)提供的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。 
   
    WinCE.net 是Win 32編程。串口在Win 32中是作為文件來(lái)進(jìn)行處理的,不是直接對(duì)端口進(jìn)行操作。對(duì)于串行通信,Win 32 提供了相應(yīng)的文件I/O函數(shù)與通信函數(shù)。 
   
    但是也要注意WinCE.net所能支持的API函數(shù)只是bbbbbb API函數(shù)的子集。bbbbbbs有的,WinCE.net下不一定能使用。同時(shí),WinCE.net字符集類(lèi)似于bbbbbbs NT而不同于bbbbbbs 9x,它是基于Unicode的。這也是開(kāi)發(fā)程序過(guò)程中從bbbbbbS轉(zhuǎn)到WinCE.net的程序員遇到問(wèn)題最多的地方。另外在bbbbbbs下常用的一些通訊控件如MSComm等在WinCE.net下就不能正確使用了。 
   
    本監(jiān)控系統(tǒng)采用API函數(shù)實(shí)現(xiàn)串口通訊。以下分幾個(gè)問(wèn)題介紹串口通訊及整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。 
   
    5.1 打開(kāi)串口  
    首先是打開(kāi)串口
CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有
,這是串口通訊的第一步。其代碼為: 
   
    BOOL CMainDlg::OnInitDialog() 
    { 
    ...... 
    m_hComm=CreateFile(_T("COM1:"),GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,0CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有,NULL,OPEN_EXISTINGCONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有,0CONTROL ENGINEERING China版權(quán)所有,0); //打開(kāi)串口的操作,需要注意  
    WinCE.net系統(tǒng)與bbbbbbs系統(tǒng)表達(dá)方式的細(xì)微不同,WinCE.net需要在串口后加上冒號(hào); 
    SetupComm(m_hComm控制工程網(wǎng)版權(quán)所有,1024,1024); //初始化串口的輸入,輸出緩沖區(qū)參數(shù); 
   
  &n
bsp; SetCommState(m_hComm控制工程網(wǎng)版權(quán)所有,&m_dcb) ; //配置串口參數(shù);m_dcb為設(shè)置好的參數(shù)結(jié)構(gòu); 
    ...... 
    SetCommTimeouts(m_hComm控制工程網(wǎng)版權(quán)所有,&timeout); //設(shè)置通訊超時(shí)時(shí)間參數(shù); 
   
    PurgeComm(m_hComm控制工程網(wǎng)版權(quán)所有,PURGE_TXbbbbb|PURGE_RXbbbbb); 
    //清空輸入,輸出緩沖區(qū)的字符,為開(kāi)始接受數(shù)據(jù),進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)做好準(zhǔn)備; 
    ...... 
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