研華工業(yè)級嵌入式控制平臺（UNO）在鋼廠的應(yīng)用

隨著鋼鐵廠生產(chǎn)和管理自動化水平的不斷提高，目前大部分鋼廠都實現(xiàn)了整個鋼廠各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的信息的統(tǒng)一監(jiān)控和管理 。但是目前大部分鋼鐵廠都是采用傳統(tǒng)的PC計算機(jī)或工控機(jī)作為鋼廠的信息采集和查詢終端，傳統(tǒng)的計算機(jī)由于體積龐大，抗干擾性能和穩(wěn)定性不高，而鋼廠中的生產(chǎn)和現(xiàn)場環(huán)境都比較惡劣，如高溫，金屬粉塵嚴(yán)重，電磁干擾很大等。PC機(jī)在現(xiàn)場使用經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，隨著自動化系統(tǒng)要求的提高，原來的方式已經(jīng)無法滿足鋼廠生產(chǎn)現(xiàn)代化的要求。

1.1 嵌入式技術(shù)在自動化中得到了廣泛的應(yīng)用

近年來，嵌入式技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，在自動化領(lǐng)域也一樣，嵌入式產(chǎn)品以它獨(dú)有的實時性、穩(wěn)定性在工業(yè)領(lǐng)域得到了客戶的認(rèn)可。

嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件和嵌入式軟件系統(tǒng)組成，它是集軟硬件于一體的可獨(dú)立工作的“器件”。嵌入式硬件包括處理器，顯示卡，存儲介質(zhì)、通訊設(shè)備、IC卡或信用卡讀取設(shè)備等。嵌入式軟件包括與硬件相關(guān)的底層軟件、操作系統(tǒng)、圖形界面、通訊協(xié)議、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)化瀏覽器和應(yīng)用軟件等。便利靈活、性價比高、嵌入式強(qiáng)；軟件不可修改性、系統(tǒng)所需配置要求較低、系統(tǒng)專業(yè)性和實時性較強(qiáng)！

河南舞陽鋼鐵廠作為國內(nèi)最大的特種鋼的生產(chǎn)廠家，首先采用了工也控制領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)廠商——研華公司的UNO2000 產(chǎn)品來實現(xiàn)一個高性能的穩(wěn)定的嵌入式信息查詢終端。

UNO-2000 是開放的、嵌入式計算平臺，不僅繼承了傳統(tǒng)PC開放、靈活的特點(diǎn)，而且使用嵌入式技術(shù)增強(qiáng)其可靠性。UNO-2000 作為無風(fēng)扇、無硬盤的操作平臺，使用了嵌入式操作系統(tǒng)（Microsoft WinCE & Linux）。克服了傳統(tǒng)工控機(jī)死機(jī)的三大“癌癥”：CPU風(fēng)扇機(jī)械不穩(wěn)定特點(diǎn)，磁介質(zhì)存儲的抗震性不高，交流電源的發(fā)熱量高的特點(diǎn)。真正實現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)場的“3C”（現(xiàn)場控制，現(xiàn)場計算，現(xiàn)場通訊）的要求。

UNO-2000 是緊湊式計算平臺。非常容易嵌入有限空間的裝置或設(shè)備，UNO-2000 尺寸為“188 x 106 x 35”(mm)，工業(yè)PC 的尺寸為“482 x 177 x 452” (mm)。

UNO-2000 是高度集成綜合、通過良好測試、穩(wěn)定可靠的操作平臺。而工業(yè)PC需要用戶針對應(yīng)用系統(tǒng)集成CPU底板、CPU卡、CPU、內(nèi)存、通訊卡以及I/O卡等。UNO2000系列產(chǎn)品本身就為用戶集成了非常豐富的通信口和I/O口，例如UNO2050這款產(chǎn)品就有兩個以太網(wǎng)通信口，2個USB口，4個串行通信口，8個DI/O，一個計數(shù)器通道。有的UNO產(chǎn)品甚至還具有PC-104口和PCMIA口。真正實現(xiàn)了一個開放式的嵌入式計算平臺。

在舞鋼中，UNO主要作為一個現(xiàn)場的信息采集和查詢終端來使用，其應(yīng)用的架構(gòu)圖如下：

1.2 研華UNO2050 在鋼廠自動化系統(tǒng)中要實現(xiàn)的主要功能和即使特點(diǎn)
UNO2050要實現(xiàn)的主要自動化功能如下:
1、 通過以太網(wǎng)口，采用MODBUS/TCP的通信協(xié)議，與研華公司的基于以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集模塊通信，實現(xiàn)對鋼廠中的泵站的各種過程數(shù)據(jù)的采集和處理。
2、 通過串口，與鋼廠現(xiàn)場的PLC連接，實現(xiàn)對鋼廠各個生產(chǎn)過程的監(jiān)控（煉鋼，軋鋼等）
3、 把采集過來的現(xiàn)場數(shù)據(jù)通過鋼廠中的以太網(wǎng)送到鋼廠中的SQL SERVER 數(shù)據(jù)庫中去，進(jìn)行集中存儲管理。
4、 UNO2050本機(jī)根據(jù)當(dāng)?shù)氐牟樵儥?quán)限，不僅可以把本地采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行本地顯示監(jiān)控，還可以查詢SQL SERVER數(shù)據(jù)庫，監(jiān)控遠(yuǎn)端的生產(chǎn)現(xiàn)場。
5、 需要在UNO上做一個簡易的鍵盤，提供給鋼廠中的工人操作，以代替普通的鍵盤。因為普通鍵盤按鍵太多，太復(fù)雜，加上也不利于現(xiàn)場安裝。加上鍵盤功能比較復(fù)雜，工人計算機(jī)知識有限，容易造成誤操作。所以現(xiàn)場非常需要提供一個堅毅的工業(yè)化鍵盤，只需要幾個簡單的查詢按扭就可以完成查詢功能。

針對鋼廠的實際功能需求，選用研華公司UNO-2050產(chǎn)品來實現(xiàn)這個智能的工業(yè)化的信息交互查詢終端系統(tǒng)。UNO-2050 的主要技術(shù)特點(diǎn)如下：
1、 目前UNO-2050具有兩個以太網(wǎng)通信口，可以分別來滿足采集現(xiàn)場MODBUS//TCP數(shù)據(jù)模塊和通過鋼廠中的骨干網(wǎng)把信息遞交給數(shù)據(jù)服務(wù)器的功能。兩個以太網(wǎng)口可以處于不同的網(wǎng)段，可以實現(xiàn)一個智能的隔離通信網(wǎng)關(guān)的功能。
2、 UNO2050內(nèi)建的嵌入式操作系統(tǒng)為WINCE.NET, 可以支持VISUAL.NET的編程,也就是客和可以使用目前微軟最新的變成工具VB.NET和C#來編程,實現(xiàn)自己的功能.
3、 UNO2050內(nèi)建的嵌入式操作系統(tǒng)WINCE.NET里面構(gòu)建了SQL組件, 用戶可以采用SQLCLIENT的方法,進(jìn)行嵌入式數(shù)據(jù)庫查詢方法,來與遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢.
4、 UNO-2050 內(nèi)置了4個串行通信口,可以很方便的實現(xiàn)與現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集設(shè)備連接,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和控制.
5、 UNO-2050 本身自帶了4DI和4DO , 可以為本身的系統(tǒng)上的餓報警信號以及快速的輸入輸出要求提供了直接的接口.

1.3 此項目實施的主要技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)
這個項目在工程的實際實施過程中,主要有以下技術(shù)難點(diǎn):
1、客戶需要采用VB.NET 編程工具來編程,在編程過程中,需要實現(xiàn)一個UDP SERVER 功能,這個功能與一般的SOCK組件編程不同,它需要實現(xiàn)有遠(yuǎn)端的多個數(shù)據(jù)提供方根據(jù)接收方的IP地址和綁定通道,同時發(fā)送給接收方.而接收放需要能同時接收和處理這些數(shù)據(jù).這時就需要SOCK組建采用UDP的協(xié)議,而且要處于一直的監(jiān)測接收狀態(tài).從技術(shù)上講,這里做接收多個站的數(shù)據(jù)處理方面,應(yīng)該使用多線程的技術(shù)來處理.但是考慮到UNO上的資源以及要實現(xiàn)功能比較多的實際情況,還是采用了輪詢監(jiān)控的方法,由于UDP協(xié)議的”無連接” 特點(diǎn),基本上可以實現(xiàn)接收和處理多個站的數(shù)據(jù)通信的要求。

2、客戶需要一個工業(yè)化的建議鍵盤來代替通用鍵盤的操作，UNO-2050本機(jī)上的DI/O口正好可以來滿足此功能，通過4DI和4DO的交叉矩陣，通過軟件處理，正好可以來實現(xiàn)一個最多有16個按鍵的仿真鍵盤。而研華公司也正好提供了在VB.NET下DIO編程的驅(qū)動,客戶可以非常方便的來實現(xiàn)這個鍵盤功能.

3、使用UNO2050與 串口的數(shù)據(jù)采集模塊和串口儀表連接，，但是由于客戶需要采用VB.NET編程，VB.net 編程工具沒有直接的類似VB6的MSCOMM的控件來進(jìn)行編程，如果直接用NET下面的MSCORLIB.dll 來編程，會給客戶帶來很大的困難。但是研華為UNO提供了一個VB.NET下的串口變成驅(qū)動,很好的解決了此問題,用戶可以非常方便的采用此驅(qū)動,就像使用MSCOMM控件一樣簡單,通過解決以上技術(shù)難題,加上UNO本身的高穩(wěn)定性和強(qiáng)抗干擾問題,基本上克服了原來鋼廠中信息查詢終端不穩(wěn)定,體積龐大,容易死機(jī),擴(kuò)展不靈活,成本高,擴(kuò)展不靈活等缺點(diǎn),真正實現(xiàn)了一個工業(yè)化的鋼廠智能信息查詢終端的自動化系統(tǒng).

鑄鋼車間