嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)于煙草行業(yè)信息化的作用探討

陳玲

（福建省煙草公司南平市公司，福建 南平 353000）

前言：煙草行業(yè)具備較高的成本收益率，大部分煙草企業(yè)都具備充足的資金用于生產(chǎn)設(shè)備投資，所以煙草行業(yè)是我國(guó)引進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)相對(duì)較早的行業(yè)。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及人工智能發(fā)展迅猛的當(dāng)下，工業(yè)行業(yè)需要在自動(dòng)化發(fā)展的基礎(chǔ)上，走信息化發(fā)展之路，通過(guò)先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，提升煙草行業(yè)的信息化水平，實(shí)現(xiàn)智能制造，提高我國(guó)工業(yè)發(fā)展水平，有助于我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)及國(guó)際影響力的提升。

一、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)于煙草行業(yè)信息化的作用

（一）煙草行業(yè)信息化發(fā)展分析

我國(guó)煙草行業(yè)于20世紀(jì)80年代引進(jìn)先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備，如PASSIM卷接機(jī)組、GD 包裝機(jī)組等設(shè)備，這些設(shè)備中應(yīng)用了微計(jì)算機(jī)技術(shù)以及數(shù)字電路技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)煙草行業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化。比如，在傳統(tǒng)MK9-5卷接機(jī)組中，由機(jī)架式電子線路板作為主控系統(tǒng)，系統(tǒng)中的核心是Intel8080 的8 位單片機(jī)和輸入輸出板等設(shè)備組成的8 位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，每分鐘可以生產(chǎn)五千支香煙。

在90 年代后期，可編輯邏輯控制器在工業(yè)領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用，可編輯邏輯控制器評(píng)價(jià)其價(jià)格低廉及體積小的優(yōu)勢(shì)，取到了繼電器成為生產(chǎn)系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的控制器。可編輯邏輯控制器可以支持邏輯圖、梯形圖以及語(yǔ)句表等多種形式的編程，在工業(yè)控制領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，而嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)及工控機(jī)技術(shù)則主要應(yīng)用于人機(jī)界面的開發(fā)以及組態(tài)程序運(yùn)行等方面。但是隨著嵌入式軟件技術(shù)以及芯片技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展，嵌入式技術(shù)在工業(yè)控制方面的作用逐漸被重視。目前我國(guó)煙草行業(yè)的自動(dòng)化水平相對(duì)較高，但是仍舊沒(méi)有實(shí)現(xiàn)全面信息化，需要加強(qiáng)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)煙草行業(yè)的信息化發(fā)展。

（二）嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)的作用分析

嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)具備較為強(qiáng)大的計(jì)算能力，可以高效地完成信息采集和數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理。嵌入式計(jì)算機(jī)支持復(fù)雜算法運(yùn)算，可以有效促進(jìn)煙草行業(yè)的信息化發(fā)展。與此同時(shí)，嵌入式計(jì)算機(jī)具備多種通信接口以及網(wǎng)絡(luò)接口，可以通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)或者無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和其他設(shè)備進(jìn)行通信，可以為煙草行業(yè)的智能化及信息化發(fā)展?fàn)I造良好的環(huán)境。再加上嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)可以支持DIY式控制系統(tǒng)的研發(fā)，具備顯著的可靠性高、適用性強(qiáng)以及建設(shè)成本低廉等優(yōu)勢(shì)，所以嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域中將會(huì)有更為廣泛的應(yīng)用，通過(guò)指令執(zhí)行效率的提升，提升工業(yè)控制效果，促進(jìn)煙草行業(yè)的信息化發(fā)展[1]。

二、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)在煙草行業(yè)的應(yīng)用

（一）嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用方式

就目前的煙草行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r看來(lái)，煙草行業(yè)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但是信息化還沒(méi)有全面普及。嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)在煙草行業(yè)信息化中發(fā)揮重要作用，其作用的發(fā)揮主要通過(guò)以下幾種方式：

第一，嵌入式微處理器（EMPU），在嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)中，EMPU 主要有32 為RISC 架構(gòu)與MIPS64 位架構(gòu)的微處理器組成，該處理器具備高性能、體積小及低功耗等優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)控制領(lǐng)域以及網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域中有較為廣泛的應(yīng)用。在嵌入式微處理器應(yīng)用過(guò)程中，可以支持Thumb（16位）以及ARM（32位）雙指令集，通過(guò)多個(gè)寄存器的應(yīng)用，提升處理器指令響應(yīng)及執(zhí)行的速度，保障嵌入式微處理器的執(zhí)行效率。其中，ARM 芯片的主頻最高可達(dá)1GHz，單核狀態(tài)下指令的執(zhí)行速度為230 萬(wàn)條/秒。與此同時(shí)，嵌入式微處理器具有工業(yè)總線接口、以太網(wǎng)接口等多種接口，非常適用于煙草行業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。

第二，微控制器（MCU），MCU 又被稱作單片機(jī)，可以將處理器系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片中。通常情況下，微控制器可以將處理器系統(tǒng)中的CPU、ROM、RAM、定時(shí)器、總線及總線邏輯等功能設(shè)備及外置設(shè)備進(jìn)行集成，可以適用于多種工業(yè)環(huán)境中。和嵌入式微處理器相比，微控制器具備更高的可靠性，也具備體積小及低功耗等優(yōu)勢(shì)，是嵌入式計(jì)算技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的。

第三，DSP 處理器，在嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，DSP 處理器能夠優(yōu)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及指令，通過(guò)DSP 處理器中應(yīng)用的DSP 算法，提升處理器的編譯執(zhí)行效率。在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，DSP 的應(yīng)用涉及到數(shù)字濾波、頻譜分析以及FFT 等方面，其應(yīng)用方式也從傳統(tǒng)的通用式轉(zhuǎn)變?yōu)閷Ｓ檬健?/p>

第四，片上系統(tǒng)（SoC），和其他嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)類似，SoC 系統(tǒng)逐漸發(fā)展成為VLSI 設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)器件。在片上系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中，用戶只需要對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行定義，就能夠在仿真通過(guò)后獲得完善的設(shè)計(jì)圖，從而將其交給工廠進(jìn)行樣品的制作。片上系統(tǒng)中的大部分設(shè)備都可以集成于一個(gè)芯片中，具備體積小及可靠性高等優(yōu)勢(shì)[2]。

（二）嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例

某煙草企業(yè)根據(jù)自身的發(fā)展?fàn)顩r，應(yīng)用嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行了煙草信息終端的設(shè)計(jì)，終端采用的系統(tǒng)為ARM9 嵌入式系統(tǒng)，系統(tǒng)中的處理器為S3C2410 微處理器，具備集成化及低功耗等優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)架構(gòu)包括RISC 型處理器、Thumb 指令集等設(shè)備，還具備在線仿真調(diào)試功能，可以對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部總線進(jìn)行監(jiān)督管理，確保指令和數(shù)據(jù)控制的有效執(zhí)行。與此同時(shí)，為了提高嵌入式系統(tǒng)的性價(jià)比，技術(shù)人員在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用了FLASH 以及SDRAM 等芯片電路，可以提高嵌入式系統(tǒng)的拓展性。

在技術(shù)人員將上述設(shè)計(jì)的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用于煙草企業(yè)后，可以實(shí)現(xiàn)煙草信息終端的基本功能，具備較強(qiáng)的可靠性及穩(wěn)定性。但是在驅(qū)動(dòng)程序方面存在一定的不足，需要進(jìn)行優(yōu)化。與此同時(shí)，煙草信息終端僅是煙草信息化工程的一個(gè)環(huán)節(jié)，還需要與其他設(shè)備及服務(wù)器進(jìn)行配合應(yīng)用，共同促進(jìn)煙草行業(yè)的信息化發(fā)展。

（三）嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用前景

在智能化及信息化發(fā)展背景下，嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)將會(huì)代替PLC 系統(tǒng)，在煙草行業(yè)信息化發(fā)展中取得更為廣泛的應(yīng)用。在傳統(tǒng)的PLC 系統(tǒng)中，煙草企業(yè)的重點(diǎn)在于機(jī)房設(shè)備、操作系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫(kù)軟件等軟硬件設(shè)備的投資，還需要進(jìn)行PLC 模塊的投資，使得PLC 系統(tǒng)的建設(shè)成本相對(duì)較高。再加上PLC 系統(tǒng)的軟硬件設(shè)備使用壽命相對(duì)較短，需要花費(fèi)大量的資金用于系統(tǒng)的升級(jí)，這在一定程度上阻礙了煙草行業(yè)數(shù)字化車間及智能制造的實(shí)現(xiàn)。

因此，煙草行業(yè)需要提高對(duì)嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)的重視，在控制系統(tǒng)的控制層引進(jìn)嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)，以此實(shí)現(xiàn)分布式智能控制，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行組網(wǎng)，由系統(tǒng)底層負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)的相關(guān)信息處理工作，可以有效降低控制系統(tǒng)傳輸過(guò)程中的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，從而降低數(shù)據(jù)處理對(duì)系統(tǒng)軟硬件設(shè)備的依賴程度，有助于控制系統(tǒng)建設(shè)成本的降低，并將嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用于煙草信息化工程的多個(gè)方面，切實(shí)實(shí)現(xiàn)煙草行業(yè)信息化。總的來(lái)說(shuō)，在未來(lái)的發(fā)展中，嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)會(huì)與智能控制進(jìn)行配合應(yīng)用，通過(guò)分布式嵌入子系統(tǒng)以及智能[3]。傳感節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)煙草工業(yè)生產(chǎn)的智能化控制，促進(jìn)智能制造的發(fā)展

結(jié)論：綜上所述，嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)可以有效促進(jìn)煙草行業(yè)的信息化發(fā)展，值得推廣應(yīng)用。通過(guò)本文的分析可知，煙草企業(yè)需要認(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)可編輯邏輯控制器的應(yīng)用局限性，結(jié)合煙草企業(yè)的實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r，進(jìn)行嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)，降低煙草行業(yè)信息化建設(shè)成本，保障煙草生產(chǎn)控制系統(tǒng)的可靠性及控制效率，有助于煙草行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。希望本文的分析可以為相關(guān)研究提供理論參考。