嵌入式组态软件编程

简介: 嵌入式组态软件编程

嵌入式组态软件的产生

从20世纪70年代单片机的出现到今天各式各样的嵌入式微处理器、微控制器的大规模应用,已有了近40年的发展历史,已经发展到以基于Internet为标志的嵌入式系统。由于嵌入式系统软、硬件的迅速发展,嵌入式系统的功能变得十分强大,嵌入式系统在工业控制、交通管理、信息家电、POS网络及电子商务、机器人等众多行业得到广泛的应用。

根据IEEE的定义,嵌入式系统是“用于控制、监测仪器、机器、设备的辅助运行装置”。这主要是从应用上加以定义的,从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体,还可以涵盖机械等附属装置。而国内普遍认同的嵌入式系统的定义是:嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,软硬件可以裁减,适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

在PC平台可以采用组态软件快速开发各种控制系统的人机界面,而在嵌入式平台上如何实现各种监控任务。一个很自然的想法就是能否将PC平台的组态软件通过适当的裁减和修改移植到嵌入式平台,以构建各种嵌入式控制系统应用软件,由此就产生了嵌入式组态软件。嵌入式组态软件的出现,大大缩短嵌入式控制系统软件开发时间,而且使产品具有丰富的人机界面、嵌入式Web及符合IEC 61131-3的控制逻辑功能,并且可以存储相当数量的历史数据,部分完成现场工作站及计算机的功能。

嵌入式组态软件是一种用于嵌入式操作系统并带有网络功能的嵌入式应用软件。嵌入式系统可以是某一种设备、产品并可以连接至网络的带有智能的设备。嵌入式组态软件可以分为开发环境和运行环境。开发环境一般运行于Windows操作系统上,而运行环境可基于多种嵌入式操作系统,如Windows CE、NT Embedded、LINUX和DOS等,甚至直接支持特定的CPU。嵌入式组态软件的运行系统大多为组件式可伸缩配置,一般包括人机界面组件、历史数据记录组件、网络通信组件、Internet组件、逻辑控制组件、流程控制组件及实时内核等。

嵌入式组态软件主要是一些通用组态软件开发商把其通用版组态软件进行裁减而产生的,目前国内主要的嵌入式组态软件有组态王嵌入版、MCGS嵌入版和三维力控pSolidLerine嵌入式组态软件


嵌入式组态软件的功能与特点

因为嵌入式组态软件是通用组态软件的裁减版本,因此其主要功能与PC平台组态软件基本相同。但由于嵌入式组态软件运行在嵌入式系统上,这些嵌入式系统基本采用实时性能更好的操作系统,此外,在嵌入式平台上运行的任务更少且嵌入式平台更能适应恶劣的工作环境,因此,嵌入式平台相比PC平台有更好的实时性能与可靠性,这就为在嵌入式平台运行一些实时控制程序创造了条件。目前多数嵌入式组态软件都具有“软PLC”的功能,即嵌入式组态软件可以进行控制程序的编写和下载运行。这些编辑环境多符合IEC 61131-3标准,为开发人员提供标准的编程环境,支持多种编程方式,如梯形图、结构化文本、指令表等。程序编写完成后,可以对组态的控制程序进行语法检查、编译和调试。编译生成的目标策略代码可以与图形界面一起下载到嵌入式目标设备上运行,有些也可以在PC平台运行。

与通用组态软件相比,嵌入式组态软件具有如下特点。


(1)容量小

——整个系统最低配置只需要更小存储空间,可以方便地使用电子盘等存储设备。


(2)速度快

——采用了真正的实时多任务操作系统,系统的时间控制精度高,可以方便地完成各种高速数据采集与控制任务,满足实时性条件。


(3)成本低

——使用嵌入式计算机达到降低设备成本的目的。


(4)稳定性高

——无风扇、内置看门狗,上电重启时间短,可在各种恶劣环境下长时间使用。


(5)功能强大

——提供中断处理,定时扫描精度可达到毫秒级,提供对计算机串口、内存、端口的访问,并可以根据需要灵活组态。


(6)通信接口丰富

——内置串行通信功能、以太网功能、GPRS通信、Web流量功能,可以方便地实现与各种设备进行数据交换、远程采集和Web浏览。


(7)操作简便

——嵌入式组态软件采用的组态环境,继承了通用组态软件简单易学、易用的特点,组态操作既简单直观,又灵活多变。


(8)有助于构建完整的解决方案

——嵌入式组态软件组态环境运行于Windows操作系统,具备与其他版本的组态软件相同的组态环境界面,可以有效帮助用户构建从嵌入式设备到现场监控工作站和企业生产监控网络在内的完整解决方案。


嵌入式组态软件的构成

与通用组态软件一样,嵌入式组态软件根据使用软件的工作阶段也可以分为开发环境和运行环境两个部分。

系统开发环境由若干组态部分组成,如图形界面组态、实时数据库组态等。一般来说,嵌入式组态软件的系统开发环境包括以下部分。

(1)工程管理器(包括项目、实时数据库、设备等的管理)。

(2)画面组态,包括趋势图,报警和报表。

(3)实时数据库和历史数据库的组态。

(4)编译下载系统,组态安全系统。

(5)作为嵌入式组态核心的控制系统组态包括以下部分。

软逻辑组态,实现逻辑控制功能的软PLC系统。

连续过程组态及配置,实现流程控制的流程图系统。

调试工具,允许在线监视各个内部变量的值,监控流程执行顺序,允许重新设置和启动流程运行。

仿真运行工具,在开发环境中,仿真运行控制流程,离线测试控制效果。

嵌入式组态软件的运行环境是嵌入式实时多任务操作系统,可以运行于低端硬件平台。目标工程被装入目标计算机(嵌入式系统)内存,由嵌入式实时多任务操作系统调度和管理。目前工控应用中目标机主要是工业用平板电脑、嵌入式主板、嵌入式控制器等。嵌入式组态软件运行环境的功能总体上与通用组态软件的运行环境类似。

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