Wind River 在工业控制中的解决方案

１ 前言
当今，工业自动化已经扩展到工厂企业的产品设计过程，管理过程，以及企业间的资源分配与优化，生产过程中的制造执行系统（ＭＥＳ）和设备管理系统（ＡＭＳ）。制造业在经济中处于支柱地位。２０００年的权威统计，以制造业为主的第二产业，在我国经济中约占５０％。在上个世纪９０年代后期，西方发达国家企业开始实现信息化。国内企业现状是基础信息化远未完成，少数企业实现了信息集成ＣＩＭＳ，极少数企业开始进入全球信息化。现代企业信息化的主要技术特征是：数字化、网络化、虚拟化、智能化、集成化、绿色化。运用工业自动化技术和计算机应用技术，实现以提高经济效益为总目标的传统产业技术的改造，成为提高国力的主要手段之一。提升改造传统产业的技术；一是软件技术，二是硬件技术，三是集成技术。目前我国在电力、钢铁、炼油、石化、化工、造纸等工业，拥有上百套的集散控 制系统（ＤＣＳ）在运行。在３６条生产线上的试点，证明效益都非常好。如宝钢冷轧厂用计算机控制系统改造，投资了１３００万元，项目完成投产后，整个冷轧厂的效益，使产值增加６个亿，纯经济效益达２３８０万元。

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２ 工厂企业管控一体的解决方案
工厂企业管控一体化，

从网络角度看，通常分为三层。最上层为ｉｎｔｅｒｎｅｔ互联网，中层与底层均为工厂企业内部的以太网（或ｉｎｔｒａｎｅｔ）和现场总线网络。（如图所示）随着时间的推移、技术的进步、计算机集成制造系统ＣＩＭＳ从原来主要内容：ＣＡＤ、ＣＡＭ、ＦＭＳ、ＭＩＳ、ＯＡ、已经扩展到精良生产ＬＰ、敏捷制造ＡＭ、虚拟制造ＶＭ、企业资源规划ＥＲＰ、企业流程改造ＢＰＲ、客户关系管理ＣＲＭ…极大的丰富了ＣＩＭＳ的内涵。这一切都依赖网络技术。同时，实时多任务操作系统、实时数据库、历史数据库、也是重要的组成部分。世界上许多大的跨国公司以极大的商业热情，推出了针对企业（工厂）的管理与控制一体化解决方案。

Ｉｎｔｅｌｌｎｔｉｏｎ公司推出基于ｉＨｉｓｔｏｒｉａｎ历史与实时数据库为核心的解决方案。艾默生过程管理（原费希尔·罗斯蒙特公司）推出了工厂管控网ＰｌａｎｔＷｅｂ。它不仅提供过程控制，同时提供设备管理和与其他系统的集成。Ｗｏｎｄｅｒｗａｅｒ公司推出了Ａｒｃｈｅｓｔｒ Ａ。它将Ｆａｃｔｏｒｙ Ｓｙｉｔｅ的管理控制、制造执行、批量管理等集成度带到一个新水平。为企业的信息管理网络提供生产过程实时数据。

西门子公司凭供着强大的软件（ｗｉｎｃｃ）、硬件ＰＬＣ、ＩＰＣ、ＳＣＡＤＡ与现场总线Ｐｒｏｆｉｂｕｓ的支持推出了ＳＩＭＡＴＩＣ全集成自动化方案。罗克韦尔自动化推出的ＮｅｔＬｉｎｘ是一个可调节的全方位网络解决方案。ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ、控制网（ｃｏｎｔｒｏｌＮｅｔ）设备网（ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ）和基金会现场总线（ＦＦ）都是ＮｅｔＬｉｎｘ结构体系的一部分。当然，国内和利时公司也提出了企业管控一体全方位解决方案。最有特色的是美国风河公司（Ｗｉｎｄ Ｒｉｖｅｒ）推出的，对工厂企业管控一体化开发者提供的解决方案。

３ 工厂企业管控一体开发者的解决方案
工厂企业内部的局域网以太网不但要有办公自动化的功能，还要有工业自动化中的指令控制功能。

１、工业以太网ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ
①Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（ＩＥＥＥ８０２．３协议）进入市场已有２０年了，在办公自动化和工业界获得了广泛的应用。Ｅｔｈｅｒｎｅｔ用于自动控制中，由于它的ＭＡＣ层协议ＣＳＭＡ／ＣＤ，各个节点来用ＢＥＢ（Ｂｉｎａｒｙ Ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ Ｂａｃｋ－ｏｆｆ）算法处理，具有排队延迟不确定性的缺陷，无法保证确定的排队延迟，使之无法在工业控制中得到有效地使用。（在通讯过程中产生数据丢包）。针对丢包的缺陷，随着技术的进步，Ｅｔｎｅｒｎｅｔ发展到百兆阶段，Ｅｔｈｅｒｎｅｔ增加了双工通信技术，交换技术，信息优先级等提高实时性。同时Ｅｔｈｅｒｎｅｔ改进了容集成。Ｔｏｒｎａｄｏ的设计使得嵌入式工业设备开发者的重点，由开放技术的集成转为应用程序本身的开发，从而更加适应市场的需求。在Ｅｔｈｅｒ Ｎｅｔ／Ｉｐ层的管控设备中嵌入风河公司ＶｘＷｏｒｋｓ５．４实时多任务操作系统（ＲＴＯＳ），它可以对事件进行实时处理。既使了解可能在无法预知的时刻到来，它也能够在严格的时间限制内作出响应。同时ＶｘＷｏｒｋｓ５．４支持很多的网络通信协议（ＡＴＭ、ＯＳＰＦ、ＭＰＬＳ、ＮＡＴ、ＰＰＰＯＥ、ＰＰＰ……），能够根据用户的需求，进行组合。其开放式的结构和对工业标准的支持，使开发者只需要做最少的工作，就可以设计出有效的，适合工程要求的系统。它有极强的制定性。

（２）、以下简要介绍ＶｘＷｏｒｋｓ系列相关的几个功能产品软件。
①ＶｘＷｏｒｋｓ ５．４ＶｘＷｏｒｋｓ是嵌入式开发平台ＴｏｒｎａｄｏⅡ的运行期组件，也是嵌入行业应用最为广泛的实时操作系统（ＲＴＯ

Ｓ）。ＴｏｒｎａｄｏⅡ是向用户提供的全集成、简便运行的ＶｘＷｏｒｋｓ仿真器。它运行于主机开发系统中。Ｔｏｒｎａｄｏ可以独立于ＢＳＰ通信、独立于操作系统配置。甚至独立于目标硬件，从而可以立即开始应用程序的开发。这是大大方便于初用者。他们借此可以立即运用功能强大的Ｔｏｒｎａｄｏ开发环境，创建应用程序。ＴｏｒｎａｄｏⅡ集成开发环境（ＩＤＥ）从根本上消除了配置ＶｘＷｏｒｋｓ的学习曲线过程。缩短时间的关键，就在于具备自动裁减功能。这个功能可以分析用户应用代码并自动裁减ＶｘＷｏｒｋｓ操作系统，辩识可以完全清除的组件。Ｔｏｒｎａｄｏ独道之处，在于它可以在各种目标系统资源下，所有开发工具在不同的应用开发阶段都可以使用。ＶｘＷｏｒｋｓ拥有超过１８００个功能强大的应用程序接口（ＡＰＩ），具有很强的灵活性，适应从最简单到最复杂的产品设计，有很好可升级性。ＶｘＷｏｒｋｓ从汽车防抱死（ＡＢＳ）系统，到宇宙飞船，空间探测器等，各种关键应用中均可使用，具备极高的可靠性。它能够在所有常见的ＣＰＵ上运行。

ＶｘＷｏｒｋｓ ＲＴＯＳ具有高效率的微内核Ｗｉｎｄ，微核支持所有的实时功能，包括多任务，中断功能，抢先和轮转调度

功能。同时微核能使系统开销达到最小，对外部事件可做出迅速确定性的响应。集成。Ｔｏｒｎａｄｏ的设计使得嵌入式工业设备开发者的重点，由开放技术的集成转为应用程序本身的开发，从而更加适应市场的需求。在Ｅｔｈｅｒ Ｎｅｔ／Ｉｐ层的管控设备中嵌入风河公司ＶｘＷｏｒｋｓ５．４实时多任务操作系统（ＲＴＯＳ），它可以对事件进行实时处理。既使了解可能在无法预知的时刻到来，它也能够在严格的时间限制内作出响应。同时ＶｘＷｏｒｋｓ５．４支持很多的网络通信协议（ＡＴＭ、ＯＳＰＦ、ＭＰＬＳ、ＮＡＴ、ＰＰＰＯＥ、ＰＰＰ……），并能够根据用户的需求，进行组合。其开放式的结构和对工业标准的支持，使开发者只需要做最少的工作，就可以设计出有效的，适合工程要求的系统。它有极强的制定性。

应用实施ＤＣＯＭ。当以ＣＯＭ／ＤＣＯＭ技术通信基础设施为基础，将数据类型传送到远程系统时，ＶｘＤＣＯＭ可保证其兼容性。因此，ＶｘＯＰＣ不但能够为工厂自动化和流程工业控制系统，提供真正的分布式解决方案，还能顺利集成在分布式设备——无论它们是基于ＰＣ的设备还是基于ＶｘＷｏｒｋｓ的嵌入式设备。ＶｘＯＰＣ交互式客户机工具，使开发人员能很容易地为其基于ＶｘＯＰＣ的应用访问数据记录。交互式工具能够在ＰＣ客户机（用于测试和调度ＶｘＯＰＣ数据访问服务器）上实施ＯＰＣ客户机接口，或者向新老应用添加ＯＰＣ接口。这个工具提供源代码，因此设计者可以根据自已目的进行修改。

ＶｘＯＰＣ数据访问服务器和ＶｘＯＰＣ交互式客户机工具与Ｔｏｒｎａｄｏ平台紧密集成在一起，因而快速生成嵌入式应用。供助Ｔｏｒｎａｄｏ集成开发环境（ＩＤＥ）的项目设施，开发者可以快速地组合实施符合特殊应用要求的ＶｘＯＰＣ、ＶｘＤＣＯＭ和ＶｘＷｏｒｋｓ。ＶｘＯＰＣ交互式客户机软件为Ｔｏｒｎａｄｏ环境添加了ＯＰＣ专用调试工具，使Ｔｏｒｎａｄｏ ＩＤＥ成为形成基于ＶｘＷｏｒｋｓ的ＯＰＣ设备的完整工具解决方案。

ＶｘＯＰＣ对于系统要求：▲ＴｏｒｎａｄｏⅡ／Ｖｘｗｏｒｋｓ ５．４▲ＶｘＤＣＯＭ▲ＭＳＶＣ５．０或ＶｉｓｕａｌＳｔｕｄｉｏ６．０▲Ｗｉｎｄｏｗｓ ９８／ＮＴ主机支持。

ＶｘＯＰＣ支持的目标：Ｘ８６系列ＣＰＵ▲ ｉ９６０系列▲ＡＲＭ系列▲ＭＩＰ系列▲Ｐｏｗｅｒ ＰＣ▲６８Ｋ／ＣＰＵ３２系列▲ＳＰＡＲＣ系列。

③Ｗｉｎｄ Ｎｅｔ Ｄｅｖｉｃｅ Ｎｅｔ
风河公司支持Ｄｅｖｉｃｅ Ｎｅｔ现场总线设备网。
风河的Ｔｏｒｎａｄｏ ｆｏｒ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ——Ｄｅｖｉｃｅ Ｎｅｔ开发平台，提供了完整的嵌入式软件解决方案，用于开发基于市场第一位的ＶｘＷｏｒｋｓ实时操作系统的，完整兼容Ｄｅｖｉｃｅ Ｎｅｔ客户机和服务器的设备。随着制造业和工业自动化工艺日益变得繁多而复杂，业界用户要求开发者，制造更加智能化的现场设备，以便通过不断扩大分布式控制网络，来发送实时数据。Ｄｅｖｉｃｅ Ｎｅｔ成为开放的标准通讯网络的一员。Ｄｅｖｉｃｅ Ｎｅｔ有利于低端智能现场设备如传感器、阀门、开关、电机、驱动与传动设备和高端设备（控制器）ＰＬＣ、工控机（ＩＰＣ与ＰＣ／１０４等）之间的连接与通信。

风河的Ｔｏｒｎａｄｏ ｆｏｒ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ－－Ｄｅｖｉｃｅ Ｎｅｔ软件提供了一种经过预先严格集成和测试的解决方案。包括ＶｘＷｏｒｋｓＲＴＯＳ、Ｔｏｒｎａｄｏ集成开发环境（ＩＤＥ）和工具、以及Ｗｉｎｄ Ｎｅｔ Ｄｅｖｉｃｅ Ｎｅｔ协议堆栈。这些部件使开发者能够将精力集中到开发增值应用软件和缩短产

品上市的时间上。

Ｗｉｎｄ Ｎｅｔ Ｄｅｖｉｃｅ Ｎｅｔ是风河公司对“开放型Ｄｅｖｉｃｅ Ｎｅｔ厂家协会（ＯＤＶＡ）”Ｄｅｖｉｃｅ Ｎｅｔ规范２．０４版本的具体实施。它允许开发者设计基于ＶｘＷｏｒｋｓ ＲＴＯＳ的Ｄｅｖｉｃｅ Ｎｅｔ工业应用程序。ＷｉｎｄＮｅｔ ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ是专为ＶｘＷｏｒｋｓ ＲＴＯＳ优化的源代码产品，现有的ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ产品和功能可进行单独扩展，并可创建用户定义的新目标，快速开发和集成设备的专用功能。协议堆既可以启动服务器／客户机操作模式，也可同时启动服务器／客户机设备操作模式。实施过程的模块化和优化，使其完全适于资源缺乏的嵌入式的工业设备。Ｗｉｎｄ Ｎｅｔ Ｄｅｖｉｃｅ Ｎｅｔ堆栈执行ＯＤＶＡ Ｄｅｖｉｃｅ Ｎｅｔ规范中所描述的诸多特性。Ｔｏｒｎａｄｏ ＩＤＥ使开发者能够方便地将显示消息、Ｉ／Ｏ消息（查询位选通、ＣＯＳ／ＣＹＣＬＩＳ）、显示和Ｉ／Ｏ消息分段、ＵＣＭＭ显示消息、设备停机消息、双重ＭＡＣ地址校验、应答处理和设备核消息等结合在一起。这些能力是作为Ｄｅｖｉｃｅ Ｎｅｔ服务器／客户机设备的，基本特征提供的。堆栈也支持１２５

、２５０和５００Ｋｂｐｓ数据传输率。另外，采用了新的ＯＤＶＡ Ｄｅｖｉｃｅｅ Ｎｅｔ协议一致性测试软件、Ｗｉｎｄ Ｎｅｔ Ｄｅｖｉｃｅ Ｎｅｔ协议堆栈已实现质量工程化，故而便于开发者用自己的设备通过一致性测试。

Ｗｉｎｄ Ｎｅｔ Ｄｅｖｉｃｅ Ｎｅｔ应用程序向导，使开发者通过一系列的配置步骤确定设备功能参数，并给项目配以适当的文件，设备特性包括设备配置参数的定义和适合那些参数的公共界面。项目包括建立应用所需要的所有文件索引。应用程序向导简化了总体开发过程。ＣＡＮ驱动程序是Ｗｉｎｄ Ｎｅｔ Ｄｅｖｉｃｅ Ｎｅｔ备有专为ＶｘＷｏｒｋｓＲＴＯＳ设计和优化的ＣＡＮ驱动程ＣＡＮ控制器软件以源代码方式提供，并用ＡＰＩ文件说明，以便于其应用新的ＣＡＮ控制器硬件。Ｗｉｎｄ Ｎｅｒ Ｄｅｖｉｃｅ Ｎｅｔ备有大量的样例文件说明和源代码样例。样例可在几分钟内运行。这是使开发者能很快熟悉开发环境，并开发出自已的Ｄｅｖｉｃｅ Ｎｅｔ专用程序。总之，在工厂企业管控一体网络的低端设备，ＩＰＣ、ＰＬＣ、变送器、阀门、开关、电机、驱动与传动设备中嵌入ＶｘＷｏｒｋｓ实时操作系统，支持现场总线标准。它使得工厂企业管控一体化解决方案中的事件得到实时处理，保证了整个系统的可靠性和高可用性。

４ 结束语
综上所述，工厂企业管控一体化中，风河公司向开发者提供了一个非常实时可靠处理事件发生的高可用的解决方案。它在中层网络和低端网络的设备中都嵌入可裁剪的ＶｘＷｏｒｋｓ实时操作系统，为开发者提供具有具体工厂企业个性管控一体化的解决方案。自从风河公司进入中国以后，通过这几年的发展，已拥有了庞大的用户群和一支成熟的技术支持队伍。服务基本上覆盖了全国各主要区域。同时风河公司也在北京、上海、深圳分别设立了办事处，更好地对客户进行支持。目前，整个技术队伍已有近百人，并且还在不断的壮大之中。