德國EPIS公司嵌入式控製係統簡介

德國EPIS公司嵌入式控製係統簡介　　　　作者：李剛　　地址：沈陽萊茵機電有限公司   　　沈陽經濟技術開發區星海路16號     郵編：110141　　電話：024-25369845  　　E-mail: shenyangligang@163.com,　　        　　    德國EPIS公司是國際自動化控製領域的領導者，專業開發和生產的各種通用嵌入式控製係統，把PLC功能、點位運動控製功能、 測量功能、 PID調節(如溫度) 功能、人機界麵功能、現場總線通訊功能和高級語言編程及大量通用的庫函數集成在一起形成係列通用控製係統EMD。該係列控製係統體積小、功耗低、模塊化、而且平台開放、功能強大、可靠性高、靈活通用。麵對多元化的應用需求，EPIS公司都能快速提供訂製化的完美控製方案。　　　　一、係統的結構和功能　　EMD係列控製係統結構包括：控製麵板、相關支撐硬件（微處理器、存儲器、外設器件、I\o端口等）和應用軟件。　　（一）控製麵板　　 客戶化設計，使用戶不僅可以選用已有的控製器麵板，還可以訂製自己所喜愛的麵板，使其顏色和圖案與其設備或係統環境相匹配，部分按鍵帶有狀態指示燈。圖示內容可按各種設備的專用功能要求及具體任務來任意編排，用畫筆很方便地實現漢語和圖形顯示。所有按鍵都是真正的機械式開關，並有各自的編碼，其功能用戶可自行編程定義。比如選擇某個功能按鍵就切換到對應的顯示頁麵或輸入不同的數據就選擇各自的顯示頁麵。 顯示器類型是LCD顯示器，可從120*16點達到最大320*240點象素，有點陣式顯示和圖形顯示。整個係統麵板從144*72 mm到255 * 183 mm，適合在各種設備上應用。　　（二）相關支撐硬件　　1、嵌入式微處理器　　嵌入式係統的核心是嵌入式微處理器。EPIS采用SIEME 公司嵌入式微處理器，它具備4個特點：（1）對實時和多任務有很強的支持能力，能完成多任務並且有較短的中斷響應時間，從而使內部的代碼和實時操作係統的執行時間減少到最低限度；（2）具有很強存儲區保護和擴展功能，由於嵌入式係統的軟件結構已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現錯誤的交叉作用，需要設計強大的存儲區保護功能，同時也有利於軟件診斷；（3）可擴展的處理器結構，以便迅速地擴展出滿足應用的高性能配置；（4）嵌入式微處理器的功耗很低。　　2、 I\O端口　　（1）數字輸入口和輸出口數量可選擇，並且各自最多可擴展到512路。其輸入電壓是24VDC, 標準輸入口采用光電隔離結構，分為標準速度口（從高變低為3.5 ms，從低變高為 2.8 ms）和快速輸入口（響應速度為20 &;micro ）。高速輸入口不帶光電隔離，額定電壓是5V或24V，響應速度為1.1 &;micro 。數字輸出口采用24V光電隔離結構, 每路電流最大500毫安，配有短路保護和熱過載保護；繼電器輸出口有一常開點和一常閉點，轉換電壓最大48 VDC，轉換電流最大1 A，轉換容量最大30W，運行時間3ms。　　（2）模擬量輸入口和輸出口的數量都可擴展到40路。其模擬量輸入口有電壓輸入和電流輸入方式，也可以接溫度傳感器信號，內部A/D轉換器是15位.，轉換時間為20 &;micro 。 它主要用於如溫度和張力等的調節。 　　（3）特殊功能口：多路高速記數器輸入口, 最大輸入頻率是25 KHZ；有增量編碼器輸入口, 最大輸入頻率是1M HZ；有絕對值編碼器25位輸入口, 模擬量輸出口內部D/A轉換器是11位，轉換時間為100 ms。主要用於控製變頻器和模擬交流伺服電機。　　3、 CAN擴展模塊　　CAN擴展模塊是光電隔離，與ISO/DIS 11898兼容。其傳輸電纜是雙繞線屏蔽電纜，且對應於不同長度的電纜，傳送的位速率也不一樣。CAN擴展模塊擴展卡自帶CPU，可以獨立脫機工作，節省主CPU的開銷。 CAN擴展模塊分為下麵幾種: 第一種CAN擴展模塊帶有16/16路數字輸入輸出口、1 路CAN接口及32 個LED 狀態指示燈；第二種CAN擴展模塊帶有8/8 路數字輸入輸出口、1 路CAN接口和16 個LED 狀態指示燈；第三種CAN擴展模塊帶有16/16路數字輸入輸出口和1 路CAN接口. 第四種CAN擴展模塊帶有8/8路數字輸入輸出口和1 路CAN接口; 第五種CAN擴展模塊帶有8/2路模擬輸入輸出口和1 路CAN接口; 第六種CAN擴展模塊帶有8/8路模擬輸入輸出口和1 路CAN接口; 第七種CAN擴展模塊帶有4/4路模擬輸入輸出口和1 路CAN接口; 第八種CAN擴展模塊帶有4/2路模擬輸入輸出口和1 路CAN接口; 輸入口速度分別為2ms和1.1 &;micro 。　　4、 運動控製卡　　EPIS公司還開發控製步進電機卡和伺服電機卡，專用來控製步進和和伺服電機, 最多達到4個軸。其步進電機控製卡自帶CPU和存儲器，不占用上位機的資源就可獨立工作，從而自行完成各種點位運動功能。還可對位置等進行P, PI, PD或PID調節。　　5、總線功能　　可帶一路或多路CAN總線口和多個擴展槽。利用EPIS公司提供的TCP/IP網絡功能支持設備與設備間、設備與網絡之間的在線數據交換，E I係統還選配RS232/RS485，CANopen, 和Profibus接口。可以通過Internet對EMD係統進行遙控操作。　　　　（三）應用軟件：軟件部分包括操作係統軟件和應用程序編程。　　1、        操作係統軟件：　　操作係統軟件是嵌入式係統（包括硬、軟件係統）極為重要的組成部分，通常包括與硬件相關的底層驅動軟件、係統內核、設備驅動接口、通信協議、圖形界麵、標準化瀏覽器等。嵌入式操作係統的基本特點，如能夠有效管理越來越複雜的係統資源；能夠把硬件虛擬化，使得開發人員從繁忙的驅動程序移植和維護中解脫出來；能夠提供大量專用和通用庫函數、驅動程序、工具集以及應用程序。與通用操作係統相比較，嵌入式操作係統在係統實時高效性，硬件的相關依賴性、軟件固態化以及應用的專用性等方麵具有較為突出的特點。應用程序控製著係統的運作和行為來完成特定的任務；而操作係統控製著應用程序編程與硬件的交互作用。編程環境非常好，在PC機上編程，具有非常方便地仿真，設斷點，參數設置和跟蹤，單步執行等DEBURG功能。正確的程序可以下載到EDM係統裏，上電後自動運行，可反複下載新程序。　　2、應用程序編程　　所有係統采用相同的編程環境, 不同係統間的程序可以方便互換。它采用多任務實時操作係統，最多可同時運行8個程序，可據其重要性設置對應的優先權和設置中斷，這一優先權可以每1ms或更長時機改變一次。EPIS嵌入式控製係統提供了六種符合IEC61131—3標準的可編程控製器（PLC）編程語言，它們分別是：IL（語句表）、LD（梯形圖）、FBD（功能塊圖）、SFS（流程圖）、ST(結構文本)和CFC（功能塊連接圖）。用這六種編程語言所寫的程序間可互相調用。另外，EPIS嵌入式控製係統還可以使用C語言編程。用戶FLASH 閃存是256 KB到1024KB, 用戶RAM存儲器是512KB或1024KB。EPIS操作係統本身具有特殊功能塊等大量通用庫函數，能完成幾乎所有常見任務, 而且不斷更新。最常用的庫函數分為：測量功能庫、PLC控製功能庫、定位控製功能庫、PID調節功能庫、電子凸輪功能庫、圖示/圖形功能庫、鍵盤操作功能庫、事件觸發功能庫及總線功能庫等。　　共有8種類型的電子凸輪功能如角度凸輪、多周期凸輪、多周期重複性凸輪和時間凸輪等；電子輪功能的電子輪比可每10ms改變一次. 還可對溫度, 張力和位置等進行P, PI, PD或PID調節；總線方式通訊功能如: 串口RS232/RS485, CANOPEN, CAN，TCP/IP (以太網) 和PROFIBUS DP，還有通過網絡進行遙控功能. 　　二、Epis領導嵌入式係統的未來　　Epis嵌入式係統從四個方麵領先世界：（1）高度開放式平台結構，易於與其他係統整合；（2）體積越來越小，性能非常穩定，功能更強大；（3）應用趨向多元化，需求小批量、快速訂製化的服務；（4）基於Internet嵌入式係統。抗幹預能力超過一般的數控係統和IPC。總之，采用嵌入式係統可以在相對傳統控製係統解決方案比較短的時間內，完成了一整套的、具有從簡單PLC邏輯控製到多軸點對點運動控製和多路溫度調節的完整的自動生產線的機械設計、電氣設計、實時控製和人機交互軟件的編程。EPIS的CodeSys開發係統軟件為縮短產品開發周期、豐富係統功能提供了有利的後台支持，大大提高了最終用戶的競爭力。