泛用型嵌入式控制器GEC在遠(yuǎn)程監(jiān)控中的應(yīng)用

1、泛用型嵌入式控制器GEC在遠(yuǎn)程監(jiān)控中的應(yīng)用    GEC（GeneralEmbeddedController，泛用型嵌入式控制器）的提出,主要目的在于以PC-Based為架構(gòu)，提供一個(gè)一般工業(yè)控制應(yīng)用所需的系統(tǒng)開發(fā)平臺。General（泛用型）代表著此控制器需能提供一般工業(yè)控制應(yīng)用中所需的功能；Embedded（嵌入式）則代表控制器的外型經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)與處理后所需的安置空間不多，適合嵌入于各種機(jī)器或設(shè)備內(nèi)作為控制中樞之用；而Controller（控制器）則代表著此設(shè)備具備控制邏輯程序的執(zhí)行能力，系統(tǒng)開發(fā)者能    

2、GEC（General Embedded Controller，泛用型嵌入式控制器）的提出,主要目的在于以PC-Based為架構(gòu)，提供一個(gè)一般工業(yè)控制應(yīng)用所需的系統(tǒng)開發(fā)平臺。     General（泛用型）代表著此控制器需能提供一般工業(yè)控制應(yīng)用中所需的功能；Embedded（嵌入式）則代表控制器的外型經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)與處理后所需的安置空間不多，適合嵌入于各種機(jī)器或設(shè)備內(nèi)作為控制中樞之用；而Controller（控制器）則代表著此設(shè)備具備控制邏輯程序的執(zhí)行能力，系統(tǒng)開發(fā)者能在其上利用程序工具發(fā)展應(yīng)用程序。  

3、;   在計(jì)算機(jī)軟硬件及信息網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展下，傳統(tǒng)的PLC控制器在軟件擴(kuò)充性及網(wǎng)絡(luò)化方面往往捉襟見肘，新一代的控制器要求能夠在快速、易操作且低成本基礎(chǔ)上與不同系統(tǒng)作數(shù)據(jù)流的連接，以提升整體控制系統(tǒng)的功能與效率。     本文將就GEC的特性與架構(gòu)作出介紹，并且用一個(gè)真實(shí)的應(yīng)用案例與讀者進(jìn)行探討。     GEC系統(tǒng)架構(gòu)    GEC控制器是一個(gè)PC-Based控制器，因此我們可將其拆解為軟件及硬件兩大部分（請參考圖一）

4、。其中硬件部分又可劃分為中央處理器（CPU）及輸出入接口（I/O）兩大類，不同的應(yīng)用需求對中央處理器和輸出入接口的要求各不相同。在軟件方面，操作系統(tǒng)的選用往往是決定日后控制器菜單能否符合需求的重要因素。    以下我們將針對這些部分逐一說明。     中央處理器（CPU）     計(jì)算機(jī)硬件架構(gòu)的核心是CPU，GEC控制器在CPU的選配上是以應(yīng)用需求作為考慮重點(diǎn)。因?yàn)楣I(yè)控制應(yīng)用的范圍相當(dāng)廣泛，從簡單的數(shù)字及模擬訊號控制到復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制或影像監(jiān)測，所需的運(yùn)

5、算能力完全不同，因此針對不同的應(yīng)用需求提供不同等級的CPU作配合選擇，才能提供系統(tǒng)開發(fā)者一個(gè)符合功能需求且成本合理的解決方案，GEC控制器即是在此概念下開發(fā)出來的產(chǎn)品。     外型架構(gòu)（Form Factor）     一般嵌入式工業(yè)控制應(yīng)用對于空間限制的要求較多，因此GEC特別強(qiáng)調(diào)小體積設(shè)計(jì)及散熱能力。雖然GEC控制器的內(nèi)部空間并不寬裕，但其內(nèi)部總線仍采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，保留了最大的彈性及擴(kuò)充性和周邊適配卡整合。     輸出入接口（I/

6、O）     GEC是泛用型嵌入式控制器，必須利用控制器內(nèi)部有限的空間及接口滿足最大多數(shù)客戶的應(yīng)用需求，于是GEC提出了如下數(shù)種不同的輸出入接口，通過彼此搭配提供最大的配置彈性：     多軸運(yùn)動(dòng)控制接口（Motion Control Interface Module）    多信道影像采集接口（Video Capture Interface Module）   &#

7、160;多串行端口接口（RS-232/422/485 Communication Interface Module）    CAN Bus界面（CAN bus Communication Interface Module）    高速串行技術(shù)輸出入接口（High Speed Link Interface Module for DI/O and AI/O

8、60;signal）    數(shù)字訊號控制接口（Digital I/O Control Interface Module）    遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊接口（Remote Control Interface Module）     操作系統(tǒng)的選用     操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)掌管PC的核心作業(yè)及資源分派，不僅會(huì)影響系統(tǒng)執(zhí)行的效能更會(huì)影響整個(gè)應(yīng)用軟件開發(fā)時(shí)的資源需求，因

9、此系統(tǒng)開發(fā)者應(yīng)針對不同的應(yīng)用需求選擇適當(dāng)?shù)牟僮飨到y(tǒng)搭配，考慮的重點(diǎn)一般為：系統(tǒng)穩(wěn)定性、"實(shí)時(shí)"能力、多任務(wù)能力、是否需支持人機(jī)界面或繪圖、所需儲存空間大小、總持有成本等等。     GEC控制器內(nèi)可搭配的操作系統(tǒng)包含下列數(shù)種：     1、Embedded NT/ Embedded XP     Embedded NT/ Embedded XP的設(shè)計(jì)概念在于將一般的N

10、T/ XP作模塊化分割，系統(tǒng)開發(fā)者只需要挑選所需的NT/ XP的功能模塊并將其組織起來，即可構(gòu)建一Embedded NT/ Embedded XP系統(tǒng)。模塊化架構(gòu)使系統(tǒng)開發(fā)者可以根據(jù)所挑選的功能模塊的多少?zèng)Q定儲存空間的大小。     Embedded XP系統(tǒng)與一般 Windows XP完全兼容，在Windows XP上編譯完成的控制程序直接拷貝至Embedded XP系統(tǒng)上即可執(zhí)行，因此系統(tǒng)開發(fā)者無需學(xué)習(xí)新的工具，大大降低了軟件開發(fā)成本。

11、60;    2、Windows CE     Windows CE操作系統(tǒng)所需的儲存空間比Embedded XP節(jié)省許多，一般而言64M的儲存空間即可構(gòu)建出一個(gè)Windows CE系統(tǒng)，若有特殊需求儲存空間還可以更小。此外，Windows CE還有強(qiáng)大的實(shí)時(shí)性功能和與Windows系統(tǒng)一致的人機(jī)界面。但是系統(tǒng)開發(fā)者需要注意，由于Windows CE架構(gòu)于嵌入式系統(tǒng)而Windows XP架構(gòu)于桌上型系統(tǒng)，因此兩者在軟件的開發(fā)流程上會(huì)有所

12、不同。     在微軟的大力促銷下，Windows CE操作系統(tǒng)的授權(quán)成本相當(dāng)便宜。     3、Linux     Linux一向以穩(wěn)定性及免費(fèi)授權(quán)的開放性著稱，在服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)應(yīng)用上已有超過30%的市場占有率，但是在PC-based控制器應(yīng)用上Linux仍處于萌芽階段。Linux 的實(shí)時(shí)性功能并不突出，其上層人機(jī)接口系統(tǒng)也并不廣為軟件工程師所熟悉，并且其開放性導(dǎo)致版本控制花費(fèi)增加，在解決Bug以及后續(xù)維護(hù)上也較為困難。

13、     但是Linux系統(tǒng)采用的是免費(fèi)授權(quán)的方式，如果系統(tǒng)開發(fā)者本身已具備Linux系統(tǒng)核心的開發(fā)及維護(hù)能力，則可以采用Linux節(jié)省成本。     GEC應(yīng)用實(shí)例介紹隧道遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)     應(yīng)用背景簡述     我國臺灣地區(qū)多山并且市區(qū)土地利用率高，因此隧道一直是交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的重要部分。由于潮濕、空氣流通不暢以及交通工具運(yùn)行時(shí)排出的大量廢氣會(huì)成為安全隱患，因此需要對隧道內(nèi)空氣品質(zhì)進(jìn)行監(jiān)控調(diào)節(jié)

14、。     以往，此類型的監(jiān)控工程都是使用PLC系統(tǒng)，但是PLC 的"固定時(shí)間"方式無法真正管控隧道環(huán)境并做出適時(shí)適度的調(diào)節(jié)，并且PLC在進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)充和建置管控點(diǎn)信息傳輸與交換系統(tǒng)時(shí)需要花費(fèi)相當(dāng)大的成本。相比較而言，一般工業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)當(dāng)是取代PLC的一個(gè)解決方案，但考慮到隧道內(nèi)長時(shí)間的惡劣環(huán)境，凌華科技認(rèn)為一般的工業(yè)計(jì)算機(jī)很難勝任。     解決方案     與專業(yè)人員溝通并了解現(xiàn)場狀況后，凌華科技提出了使用GEC控制

15、器的建議。     凌華科技依據(jù)中控中心信息系統(tǒng)所要求的信息反應(yīng)時(shí)間為基礎(chǔ)，將整個(gè)隧道監(jiān)控系統(tǒng)劃分為數(shù)十個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)使用一臺GEC控制器（凌華科技的GEME-1000）作為現(xiàn)場的監(jiān)控中樞。子系統(tǒng)周遭隧道現(xiàn)場的管控點(diǎn)用凌華科技的NuDAM-6000遠(yuǎn)程控制模塊系列進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，GEME-1000則透過其串行接口與NuDAM-6000遠(yuǎn)程控制模塊結(jié)合進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。GEC控制器與中控中心信息系統(tǒng)的連接則是透過Microsoft主導(dǎo)的OPC Server/Client 傳輸協(xié)議在100MBps的以太網(wǎng)絡(luò)下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

16、60;    凌華科技為GEC控制器配置了CF卡并內(nèi)建一個(gè)Embedded XP操作系統(tǒng)，CF卡的所提供的插針式接口，在可靠度、防震性及穩(wěn)定度上均比一般的硬盤機(jī)好，能夠適應(yīng)隧道現(xiàn)場的惡劣環(huán)境；而建置Embedded XP操作系統(tǒng)主要是考慮到Windows軟件資源以及與中空中心信息系統(tǒng)的兼容性。     這套系統(tǒng)比傳統(tǒng)PLC系統(tǒng)的后續(xù)硬件維護(hù)更加簡便，成本更加節(jié)省，系統(tǒng)開發(fā)者利用Embedded XP操作系統(tǒng)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)傳輸和檔案分享功能在中控中心就可以透過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行GEC控制器內(nèi)控制程序的更換     結(jié)論    隨著計(jì)算機(jī)軟硬件及網(wǎng)絡(luò)科技的進(jìn)步，過去的許多夢想正在成為現(xiàn)實(shí)，GEC概念的提出正也是這一科技發(fā)展趨勢下的產(chǎn)物。&#