工業控制與嵌入式系統的應用研究論述

汪 科

湖南鐵道職業技術學院牽引與動力學院，湖南 株洲 412001

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工業控制與嵌入式系統的應用研究論述

汪 科*

湖南鐵道職業技術學院牽引與動力學院，湖南 株洲 412001

嵌入式控制系統是一種面向具體應用的將底層設備、系統和應用軟件結合起來的專用計算機系統，其當前已經應用于各種工業控制之中。然而，在工業發展的過程中，其或多或少受到了傳統工業運行模式的限制，這就使得當前的嵌入式系統在工業控制中的應用，還存在一定的瑕疵，面對該種狀況，必須要針對嵌入式系統在工業控制中的應用范圍以及其應用模式加以分析，并且，就當前的應用不足，提出對應的建議，為嵌入式系統在工業控制中的應用提供一定的幫助。

嵌入式控制系統；工程機械；控制

一、嵌入式系統的內涵

(一)定義

嵌入式系統(Embedded system)，其是一種“完全嵌入受控器件內部，其為特定應用所設計的特殊計算機系統”。通俗而言，就是傳統的控制系統都是輔助性系統，其獨立于設備外部，在整個控制中，需要一定的人工操作。而嵌入式系統，其進入工業控制系統內部，成為設備的組成部分。在當前工業生產中，嵌入式系統被定義為：以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件均進行調整，適用于對工業生產功能、可靠性、成本等多個方面進行控制的一個專用計算機系統。

(二)特點與結構

當前，嵌入式系統已經被廣泛應用于電子消費、通信系統、國防等領域。在個人領域中，嵌入式產品主要是用于數據處理和通信軟件。而對于企業來說，其適用于企業整個運行之中。相對普遍的嵌入式系統，例如ATM機、自動售貨機等，還有一些便攜式的通訊設備，其均為嵌入式控制系統。其特點為：系統內核小、專用性強、系統精簡、多任務高實時性、專用性。

就目前來說，其主要由嵌入式處理器、外國硬件設備、嵌入式操作系統以及用戶應用程序四個部分組成。如圖1。

二、工業控制解析

工業控制網絡是由傳感器、執行器、顯示和數據記錄等多個設備組成，其主要用于監視和控制電氣設備的系統。一般來說，在生產中，工業控制系統其能夠解決一些基礎性的問題。除非遇到系統難以解決無法自愈的故障，方可需要人工干預排除。在控制網絡中，其采集了基本的生產信息，并且，輸入了模擬量。在整個運用中，其能夠根據參數的大小與具體狀態進行生產。同時，工業控制系統的可靠性與實時性均相對較好。在控制網絡數據通信時，其以引發物質或者能量作為最終目標。在整個運用過程中，其能夠對生產中發生的事件，進行實時收集與處理，從這點上來說，其數據的完整性與準確性，能夠得到保障。工業控制系統其本身是在網絡發展的背景下，逐漸產生。目前，其已經從最初的CCS到DCS，發展到如今的FCS。由此可以看出，當前工業控制更加關注生產中產生的問題，其側重于實踐。這與傳統的統一控制，存在嚴重的差異。因此，在引入嵌入式系統時，其必須要保證整個控制系統的應對能力，以達到控制與現場的一致性。

三、嵌入式系統在工業控制中應用的具體設計

(一)處理器選擇

處理器是整個控制系統的核心，不同的處理器，將會對控制系統產生不同的影響。在工業控制系統中，必須要保證控制系統與其生產目標一致。目前，嵌入式處理器主要分為：嵌入式微控制器、嵌入式DSP、嵌入式上系統SOC。尤其是隨著工業控制對嵌入式控制系統要求的不斷提高。傳統的控制算法實用性欠缺，當前控制算法的復雜度提高。其中，以ARM微處理器應用最為廣泛。該處理器充分的進入了工業生產的各個環節。因此，在工業控制使用嵌入式系統時，也需要以該種處理器作為主要環節。但是，在某些狀況下，也需要根據生產狀況進行挑選。例如，Philips公司的LPC2880芯片，其就是屬于該類型的處理器。

(二)電源電路設計

在電源電路設計上，必須要達到兩個基本要求，第一，電流限制；第二，熱保護功能。在上文中選取的是LPC2880芯片，該芯片運作電壓為1.8v，I/O接口的工作電壓為3.3V，用高電壓來對其進行判斷。故而，在整個電路設計中，其電壓需要保持在3.3V。在實現方法上，也需要以該電壓為基礎。

(三)系統電路設計

嵌入式控制系統往往是由市場所決定，在整個工業控制的過程中，其器械價格相對較高。因此，在嵌入式系統設計時，其時鐘電路的功能也相對較好。其具有控制運行時間、提高運用者的時間意識。在選用LPC2880芯片處理器時，通過內部PLL電路來調整其系統時鐘，能夠有效地保證其系統運行的速度，使之頻率達到更高。

(四)操作系統設計

一般來說，實時操作系統其應該是在處理器之上。因此，操作系統在應用之前，必須要將其移植到處理器上。尤其是，嵌入式系統與硬件關系密切，處理器也必須要滿足幾個要求：第一，C編譯器能夠產生重入代碼，在程序中充分獲得處理器的支持，實現定時中斷。第二，編譯器相關數據類型、常量值等，均需要根據其實際需求來確定。從而編寫與處理器相關的函數。

(五)人機交互模塊設計

在嵌入式工業控制系統中，其大量的生產控制信息實際上都是由操作人員所操控。這些信息在控制系統的LED面板上實現。故而，控制系統中需要為人工操作留出空間。

四、結束語

隨著現代經濟的不斷發展，工業生產規模也逐漸擴大。傳統工業以人工操作與控制為主，無法滿足其生產需求。自動控制在這種狀況逐漸產生，為工業生產提供了極大的便利。而隨著其進一步發展，其對于控制系統的實時性、可靠性要求更高。嵌入式系統的引入，使得工業控制系統細微化，其能夠保證其控制的準確性，實現了快速反應與規模化生產，其對于現代化工業生產具有極其重要的意義。

[1]張志杰.嵌入式系統在工業控制中的應用[D].電子科技大學，2005.

[2]李會，鄔迪.嵌入式系統在工業控制中的應用[J].微計算機信息，2007，02：47-49.

[3]高勇.嵌入式系統在工業控制應用中的研究[D].武漢科技大學，2007.

汪科(1978-)，男，湖北武漢人，碩士，湖南鐵道職業技術學院牽引與動力學院，講師，研究方向：電氣工程。

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