嵌入式智能人機界面與PLC的通訊
| 摘要：介紹以嵌入式智能工業(yè)控制人機界面為硬件平臺，以嵌入式操作系統(tǒng)WinCE.net為應用程序載體，在其上開發(fā)的一套嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)，給出了監(jiān)控系統(tǒng)的實現架構，通訊原理，以及人機交互界面的實現方法。 關鍵詞：嵌入式，人機界面，WinCE.net,監(jiān)控系統(tǒng)，通訊 Abstract:This paper introduces a set of supervisory control and data acquisition,SCADA system .In system, hardware is embedded industrial HMI, operation system is WinCE.net.This paper describes the primary frame,commucication priciple,and some programme tips. Key words:Embedded;HMI;WinCE.net;SCADA ;Communication 1 引言 近年來,“嵌入式”一詞越來越多的被人們提及，嵌入式產品被應用到各行各業(yè)。與嵌入式相關的技術如嵌入式產品，嵌入式系統(tǒng)的研究等也被列為“十五”國家發(fā)展的重點方向。 嵌入式系統(tǒng) （Embedded System）被定義為：以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟件硬件可裁剪，適應對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。 隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，基于PLC,單片機等設備的自動化系統(tǒng)，自動化設備越來越普及，幾乎遍布所有自動化領域，與之相應的人機交互系統(tǒng)也應運而生，并得到同步發(fā)展。基于嵌入式技術的工業(yè)人機界面是人機交互系統(tǒng)中一顆耀眼的明星。高可靠，長壽命，體積小，高性能，多線程，多任務，強實時等特點使嵌入式工業(yè)人機界面越來越受到自動化系統(tǒng)集成商，自動化設備制造商的青睞。它能夠理想，生動地顯示PLC,單片機等工業(yè)設備上的數據信息，功能強大，使用方便。它作為PLC等控制設備的上端設備在用戶和機器之間架設了一條橋梁。該產品目前廣泛應用在工業(yè)自動化系統(tǒng)，醫(yī)療，金融等行業(yè)的自動化設備。 隨著越來越多的工程項目采用了嵌入式人機界面，相應的，用戶對與嵌入式硬件配套使用的監(jiān)控系統(tǒng)（Supervisory Control and Data Acquisition,SCADA）等應用軟件的需求也在增加。這也正是本文所要討論的問題。這里講的嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)，其硬件為嵌入式智能人機界面；其軟件為嵌入式操作系統(tǒng)，另加自己開發(fā)的應用程序。本文后面主要介紹這個監(jiān)控應用程序，重點介紹應用程序中通訊部分的實現原理。 當今，已發(fā)展有多種嵌入式操作系統(tǒng)，如Linux, VxWorks，WinCE.net等，完全可在其上開發(fā)出圖文并茂、界面友好的應用，以滿足監(jiān)控系統(tǒng)的種種要求。只是由于嵌入式技術相對是一門新興的領先技術，涉足的人相對還比較少，所以這樣的應用目前還比較少。本文介紹的嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)算是一個實例吧。 2 系統(tǒng)組成 我們所開發(fā)的這套嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)，上位機是沈陽鷺島資訊科技有限公司開發(fā)的嵌入式智能工業(yè)控制人機界面（以下簡稱人機界面）。其嵌入式工業(yè)控制器是以Geode X86為核心處理器，包括網絡通訊，數據通信，大尺寸觸摸屏及液晶顯示的硬件平臺，在其上運行 WinCE操作系統(tǒng)。提供20個通用IO點供用戶使用，物理層支持ProfiBus等現場總線，支持16位真彩TFT LCD顯示，有64M SDRAM內存，64M FLASH閃存，據有USB接口，10/100M Ethernet網絡通訊接口,以及串口，并口，VGA口等通用接口。 下位機用日本OMRON公司的PLC，或SIMENS PLC，或施耐德NEZA PLC，或日本三菱公司的 PLC，等等當前比較流行的PLC,當然溫控表，單片機,智能模塊等工業(yè)現場控制設備也可以。 控制對象（比如鍋爐等）的工作由上述控制設備（各種PLC等）控制；而控制對象的狀態(tài)則用人機界面及在其上開發(fā)的應用程序進行監(jiān)控。 人機界面的操作系統(tǒng)采用了微軟的WinCE.net。WinCE.net是為各種嵌入式系統(tǒng)和產品設計的一種緊湊，高效，可伸縮的操作系統(tǒng)（OS），主要面向各種嵌入式系統(tǒng)和產品。其多線程、多任務、完全搶占式的特點是專門針對資源有限而設計的。OEM開發(fā)商可根據自己硬件組成的特點對WinCE.net進行選擇裁剪，從而配置出穩(wěn)定高效并且是特有的WinCE.net操作系統(tǒng)和相應的SDK開發(fā)包。在應用上，WinCE.net支持超過1000個公共Microsoft Win32 API和幾種附加的編程接口，用戶可利用它們來開發(fā)應用程序。另外，微軟為開發(fā)WinCE.net應用程序的人員提供了與Visual C++類似、支持MFC的Microsoft eMbedded Visual C++語言。下面我們將介紹一下開發(fā)過程的細節(jié)問題。 3. 軟件流程 應用程序開發(fā)是在個人計算機上進行的。個人計算機的操作系統(tǒng)為WINDOWS 2000。應用程序的開發(fā)平臺是Microsoft eMbedded Visual C++集成開發(fā)環(huán)境。 在應用程序開發(fā)時，還可以利用微軟提供的測試模擬器（Emulator）。有了它可做到，即使沒有人機界面，也可進行程序調試。 開發(fā)最終生成的可執(zhí)行文件，可使用Microsoft eMbedded Visual c++開發(fā)環(huán)境提供的下載功能，通過串口或局域網，下載給人機界面。 工作時，PLC等工控設備運行它的控制程序，而人機界面則運行這個下載的可執(zhí)行文件。兩者通過串口進行通訊，但通訊的主動方為人機界面。人機界面依監(jiān)控要求，向PLC等發(fā)送通訊命令，PLC則作相應的應答。 人機界面從PLC上收到應答的數據后，在觸摸屏上，以圖表、動畫，文字等的界面顯現出來，供用戶觀察。還可把這些數據進行存貯、打印，甚至于向ERP等管理信息系統(tǒng)傳送。 如須對PLC或控制對象進行干預，也可在人機界面的觸摸屏上，通過觸摸鍵或觸摸鼠標，向PLC發(fā)送命令或數據，以實現相應的控制。 4 畫面構成 一般的工程監(jiān)控畫面有：文字顯示，生產工藝流程顯示（包括動畫，柱狀圖顯示等），報警，人員操作，趨勢曲線等等。我們的系統(tǒng)架構是做一個基于主對話框的程序。再將這些不同的畫面用子對話框表現出來。 主對話框負責初始化串口，打開串口，啟動讀串口線程等；而各子對話框則定時或根據需要向串口發(fā)送各種命令，通過主對話框的線程讀回命令的應答，再在子對話框中以一定的形式提供給用戶，以供監(jiān)控現場作業(yè)。這其中主要的技術就是串口通訊。下面我們重點講述通訊的實現。 5．通訊實現 人機界面提供的串口是符合通用標準的。WinCE.net下的串口通訊與Windows下的串口通訊原理相同。都是應用程序不直接控制硬件，而是通過操作系統(tǒng)提供的設備驅動程序，來進行數據傳遞。 WinCE.net 是Win 32編程。串口在Win 32中是作為文件來進行處理的，不是直接對端口進行操作。對于串行通信，Win 32 提供了相應的文件I/O函數與通信函數。 但是也要注意WinCE.net所能支持的API函數只是Window API函數的子集。Windows有的，WinCE.net下不一定能使用。同時，WinCE.net字符集類似于Windows NT而不同于Windows 9x，它是基于Unicode的。這也是開發(fā)程序過程中從WINDOWS轉到WinCE.net的程序員遇到問題最多的地方。另外在Windows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函數實現串口通訊。以下分幾個問題介紹串口通訊及整個系統(tǒng)的實現。 5．1 打開串口 首先是打開串口，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,0,NULL,OPEN_EXISTING,0,0）; //打開串口的操作,需要注意 WinCE.net系統(tǒng)與Windows系統(tǒng)表達方式的細微不同，WinCE.net需要在串口后加上冒號； SetupComm（m_hComm,1024,1024）; //初始化串口的輸入，輸出緩沖區(qū)參數； SetCommState（m_hComm,&m_dcb） ; //配置串口參數；m_dcb為設置好的參數結構； ...... SetCommTimeouts（m_hComm,&timeout）; //設置通訊超時時間參數； PurgeComm（m_hComm,PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR）; //清空輸入，輸出緩沖區(qū)的字符，為開始接受數據，進入監(jiān)控狀態(tài)做好準備； ...... ｝ 5．2讀串口線程 其次是啟動讀串口線程，它讓讀串口程序不停地在后臺運行，而不影響前臺程序的工作。與此有關的代碼為： BOOL CMainDlg::OnInitDialog（） ｛ ...... ReadFile（m_hComm,inBuffer+iBufLen,INBUFFERLEN-iBufLen,&dwBytes,NULL）; //從串口讀數據； iBufLen+=dwBytes; for（int i=0;i｛ if（inBuffer[i>=="\r"） //以連接的設備為OMRON PLC為例,其通訊協(xié)議規(guī)定應答應當以"\r"結尾； inBuffer[i>=0; //字符串結束標志； switch（ |
