西门子滤波器6SL3000-0BE23-6DA0

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1、引言

近年来，“嵌入式”一词越来越多的被人们提及，嵌入式产品被应用到各行各业。与嵌入式相关的技术如嵌入式产品，嵌入式系统的研究等也被列为“十五”家发展的重点方向。

嵌入式系统(bbbbbded System)被定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，适应对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的**计算机系统。

随着工业自动化的发展，基于PLC，单片机等设备的自动化系统，自动化设备越来越普及，几乎遍布所有自动化领域，与之相应的人机交互系统也应运而生，并得到同步发展。基于嵌入式技术的工业人机界面是人机交互系统中一颗耀眼的**。高可靠，寿命，体积小，高性能，多线程，多任务，强实时等特点使嵌入式工业人机界面越来越受到自动化系统集成商，自动化设备制造商的青睐。它能够理想，生动地显示PLC，单片机等工业设备上的数据信息，功能强大，使用方便。它作为PLC等控制设备的上端设备在用户和机器之间架设了一条桥梁。该产品目前广泛应用在工业自动化系统，医疗，金融等行业的自动化设备。

随着越来越多的工程项目采用了嵌入式人机界面，相应的，用户对与嵌入式硬件配套使用的监控系统(SupervisoryControlandDataAcquisition，SA)等应用软件的需求也在增加。这也正是本文所要讨论的问题。这里讲的嵌入式监控系统，其硬件为嵌入式智能人机界面；其软件为嵌入式操作系统，另加自己开发的应用程序。本文后面主要介绍这个监控应用程序，重点介绍应用程序中通讯部分的实现原理。

当今，已发展有多种嵌入式操作系统，如Linux，VxWorks，等，完全可在其上开发出图文并茂、界面友好的应用，以满足监控系统的种种要求。只是由于嵌入式技术相对是一门新兴的良好技术，涉足的人相对还比较少，所以这样的应用目前还比较少。本文介绍的嵌入式监控系统算是一个实例吧。

2、系统组成

我们所开发的这套嵌入式监控系统，上位机是沈阳鹭岛资讯科技有限公司开发的嵌入式智能工业控制人机界面（以下简称人机界面）。其嵌入式工业控制器是以GeodeX86为**处理器，包括网络通讯，数据通信，大尺寸触摸屏及液晶显示的硬件平台，在其上运行WinCE操作系统。提供20个通用IO点供用户使用，物理层支持ProfiBus等现场总线，支持16位真彩TFTLCD显示，有64MSDRAM内存，64MFLASH闪存，据有USB接口，10/100MEthernet网络通讯接口，以及串口，并口，VGA口等通用接口。

下位机用日本OMRON公司的PLC，或SIMENSPLC，或施耐德NEZAPLC，或日本三菱公司的PLC，等等当前比较流行的PLC，当然温控表，单片机，智能模块等工业现场控制设备也可以。

控制对象（比如锅炉等）的工作由上述控制设备（各种PLC等）控制；而控制对象的状态则用人机界面及在其上开发的应用程序进行监控。

人机界面的操作系统采用了微软的。是为各种嵌入式系统和产品设计的一种紧凑，，可伸缩的操作系统(OS)，主要面向各种嵌入式系统和产品。其多线程、多任务、完全抢占式的特点是专门针对资源有限而设计的。OEM开发商可根据自己硬件组成的特点对进行选择裁剪，从而配置出稳定并且是特有的操作系统和相应的SDK开发包。在应用上，支持**过1000个公共MicrosoftWin32API和几种附加的编程接口，用户可利用它们来开发应用程序。另外，微软为开发应用程序的提供了与VisualC++类似、支持MFC的MicrosoftbbbbbdedVisualC++语言。下面我们将介绍一下开发过程的细节问题。

3、软件流程

应用程序开发是在个人计算机上进行的。个人计算机的操作系统为bbbbbbS2000。应用程序的开发平台是MicrosoftbbbbbdedVisualC++集成开发环境。

在应用程序开发时，还可以利用微软提供的测试模拟器（Emulator）。有了它可做到，即使没有人机界面，也可进行程序调试。

开发较终生成的可执行文件，可使用Microsofte Mbedded Visualc++开发环境提供的下载功能，通过串口或局域网，下载给人机界面。

工作时，PLC等工控设备运行它的控制程序，而人机界面则运行这个下载的可执行文件。两者通过串口进行通讯，但通讯的主动方为人机界面。人机界面依监控要求，向PLC等发送通讯命令，PLC则作相应的应答。

人机界面从PLC上收到应答的数据后，在触摸屏上，以图表、动画，文字等的界面显现出来，供用户观察。还可把这些数据进行存贮、打印，甚至于向ERP等管理信息系统传送。

如须对PLC或控制对象进行干预，也可在人机界面的触摸屏上，通过触摸键或触摸鼠标，向PLC发送命令或数据，以实现相应的控制。

4、画面构成

一般的工程监控画面有：文字显示，生产工艺流程显示（包括动画，柱状图显示等），报警，人员操作，趋势曲线等等。我们的系统架构是做一个基于主对话框的程序。再将这些不同的画面用子对话框表现出来。

主对话框负责初始化串口，打开串口，启动读串口线程等；而各子对话框则定时或根据需要向串口发送各种命令，通过主对话框的线程读回命令的应答，再在子对话框中以一定的形式提供给用户，以供监控现场作业。这其中主要的技术就是串口通讯。下面我们重点讲述通讯的实现。

5、通讯实现

人机界面提供的串口是符合通用标准的。下的串口通讯与bbbbbbs下的串口通讯原理相同。都是应用程序

不直接控制硬件，而是通过操作系统提供的设备驱动程序，来进行数据传递。

是Win32编程。串口在Win32中是作为文件来进行处理的，不是直接对端口进行操作。对于串行通信，Win32提供了相应的文件I/O函数与通信函数。

但是也要注意所能支持的API函数只是bbbbbbAPI函数的子集。bbbbbbs有的，下不一定能使用。同时，字符集类似于bbbbbbsNT而不同于bbbbbbs9x，它是基于Unicode的。这也是开发程序过程中从bbbbbbS转到的程序员遇到问题较多的地方。另外在bbbbbbs下常用的一些通讯控件如MSComm等在下就不能正确使用了。

本监控系统采用API函数实现串口通讯。以下分几个问题介绍串口通讯及整个系统的实现。

现今工业化生产中使用的大型自动化机台，很多都使用到大型的PLC模组，人机界面，以及众多的输入输出装置（传感器，电磁阀，伺服电机等）；自动化程度也越来越高，与此同时出现的设备故障的种类也越来越多，难度也越来越高，这就要求我们不断提高设备维修技术人员的能力。

            然而，我们不可能要求每个技术员都能熟练查看PLC程序，能阅读英文手册，能跟据简单的报警提示就能迅速判断问题所在，也不能做到设备工程师时时在线……。所以，如我们是设备设计人员或是对设备进行改善，这时我们就可以做很多改进来使我们的机台较加便于操作，故障检修，使小故障由作业人员就能自己排除，大故障技术员能方便查找问题原因，少走弯路。

            在此文中，本人以OMRON CS系列PLC，以及HAKKO 
            V7系列人机界面（触摸屏）为例，来介绍一些优化PLC程序，以及触摸屏画面的方案实现机台较人性化，提高设备维修效率，降低当机时间。

            方法1： 触摸屏画面中导入机械机构图及电气分布图：
            现在很多触摸屏产品都支持将等软件绘制的图纸直接导入到画面之中，所以我们在设计机台软体时可以在画面中增加机台状态图，并将各种传感器，仪表的I/O点以指示灯的形式在屏幕上反映出来，这样设备故障发生在某些输入输出装置上时，我们可以很容易在屏幕上观察其状态，而不需要接入程序中监控，或是到处查找图纸，使用仪表测量了！

            方法2： 触摸屏画面中制作简单动画，模拟机构动作：
            对于某些关键能动部件也可将手动操作制作成动画演示模式，并将输入输出点标识在相应部位，当该部件的电气部分发生故障时，可很容易在画面操作中显示出来。另外该功能对于新进人员的培训也大有裨益。

方法3： 触摸屏画面中增加输入输出点列表画面：
            对于一些较大型的自动化设备，由于其电气机械结构复杂，输入输出点数量较多，因此不适宜在以上两种方法中显示全部输入输出点，此时可采用下述的增加输入输出点列表画面的方法显示全部输入输出点状态，有了类似以上输入输出点列表的画面后，我们对于以前很多疑难问题就有了新的解决思路，比如：当故障发生在类似马达，气缸，加热管等输出执行单元不动作时，也许从报警信息中并不能直接的告诉你是哪部分故障，这时我们在输出列表中观察相对应的输出点的状态，若为ON，而执行单元没有动作则问题可能发生在伺服器，变频器，电池阀，继电器等中继单元，或者是马达，气缸，加热管等执行单元；若输出状态为OFF，则大可不必去怀疑以上各单元，而应检查输出状态不能ON的其他原因，减少不及要的检修时间。

            方法4： 完善PLC程序报警项目，详细报警信息内容：
            对于一台设计完善的自动化机台设备，考虑周全的自我检测与报警提示功能是的，我们在各个输入输出单元应考虑到各种电气机械故障发生的可能，并针对这些故障在PLC程序，触摸屏画面中加以检测和提示，并在报警提示信息中尽可能详细的说明故障原因和处理方法步骤，并将相对应的输入输出点提示于信息中，

    当发生故障报警时，按照报警提示的信息，结合的机构图，输入输出点状态及位置图，就可以很容易确认故障原因，这样不需要高的技术知识，或是复杂的检修过程和仪器，大部分问题就能由现场操作人员处理。
            对有些遗漏的故障或报警提示信息，我们需要定期收集汇总，对软件版本不断的进行升级完善。

            方法5： 将机台动作流程区块化，依动作流程处理死机问题：
            很多复杂的自动化机台，由于其控制程序，电气机械结构都相当复杂，所以经常会发生机台无法回原点，不能正常启动，正常运转情况下不明死机（当机）等现象，此时有可能无任何报警提示信息（也是没有完善报警提示功能的原因），
            面对这种故障发生的感觉就是无从下手，只能凭经验逐步排查摸索。
            对于这种情况我们可以将PLC动作程序，例如回原点程序，进行分区块化设计，对于各步骤，各区块的动作流程在触摸屏画面中以流程图的形式显示出来，这样机构回原点动作若发生司机现象，即可确认是在哪一动作，或哪一部分机构，这对于问题检修有很大帮助！

            综合以上几点，如果能充分利用PLC与人机界结合，完善程序以及各种画面，这样对于设备故障我们就不会有太多迷茫，处理故障再也不是看上去那么神秘高深的工作了