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    1.前言

    當今，工業自動化已經擴展到工廠企業的產品設計過程，管理過程，以及企業間的資源分配與優化，生產過程中的制造執行系統（MES）和設備管理系統（AMS）。制造業在經濟中處于支柱地位。2000年的權威統計，以制造業為主的第二產業，在我國經濟中約占50%。

    在上個世紀90年代后期，西方發達國家企業開始實現信息化。國內企業現狀是基礎信息化遠未完成，少數企業實現了信息集成CIMS，極少數企業開始進入全球信息化。現代企業信息化的主要技術特征是：數字化、網絡化、虛擬化、智能化、集成化、綠色化。運用工業自動化技術和計算機應用技術，實現以提高經濟效益為總目標的傳統產業技術的改造，成為提高國力的主要手段之一。提升改造傳統產業的技術；一是軟件技術，二是硬件技術，三是集成技術。目前我國在電力、鋼鐵、煉油、石化、化工、造紙等工業，擁有上百套的集散控制系統（DCS）在運行。在36條生產線上的試點，證明效益都非常好。如寶鋼冷軋廠用計算機控制系統改造，投資了1300萬元，項目完成投產后，整個冷軋廠的效益，使產值增加6個億，純經濟效益達2380萬元。

    2.工廠企業管控一體的解決方案

    工廠企業管控一體化，從網絡角度看，通常分為三層。最上層為internet互聯網，中層與底層均為工廠企業內部的以太網（或intranet）和現場總線網絡。
 
    隨著時間的推移、技術的進步、計算機集成制造系統CIMS從原來主要內容：CAD、CAM、FMS、MIS、OA、已經擴展到精良生產LP、敏捷制造AM、虛擬制造VM、企業資源規劃ERP、企業流程改造BPR、客戶關系管理CRM…極大的豐富了CIMS的內涵。這一切都依賴網絡技術。同時，實時多任務操作系統、實時數據庫、歷史數據庫、也是重要的組成部分。世界上許多大的跨國公司以極大的商業熱情，推出了針對企業（工廠）的管理與控制一體化解決方案。

    Intellntion公司推出基于iHistoriau歷史與實時數據庫為核心的解決方案。

    艾默生過程管理（原費希爾?羅斯蒙特公司）推出了工廠管控網PlantWeb。它不僅提供過程控制，同時提供設備管理和與其他系統的集成。

    Wonderwaer公司推出了Archestr A。它將Factory Syite的管理控制、制造執行、批量管理等集成度帶到一個新水平。為企業的信息管理網絡提供生產過程實時數據。

    西門子公司憑供著強大的軟件（wincc）、硬件PLC、IPC、SCADA與現場總線Profibus的支持推出了SIMATIC全集成自動化方案。

    羅克韋爾自動化推出的NetLinx是一個可調節的全方位網絡解決方案。Ether Net/IP、控制網（controlNet）設備網（DeviceNet）和基金會現場總線（FF）都是NetLinx結構體系的一部分。

    當然，國內和利時公司也提出了企業管控一體全方位解決方案。

    最有特色的是美國風河公司（Wind River）推出的，對工廠企業管控一體化開發者提供的解決方案。

    3. 工廠企業管控一體開發者的解決方案

    工廠企業內部的局域網以太網不但要有辦公自動化的功能，還要有工業自動化中的指令控制功能。

    1、工業以太網EtherNet/IP

    ①Ethernet（IEEE802．3協議）

    Ethernet進入市場已有20年了，在辦公自動化和工業界獲得了廣泛的應用。Ethernet用于自動控制中，由于它的MAC層協議CSMA/CD，各個節點來用BEB（Binary
Exponential Back-off）算法處理，具有排隊延遲不確定性的缺陷，無法保證確定的排隊延遲，使之無法在工業控制中得到有效地使用。（在通訊過程中產生數據丟包）。

    針對丟包的缺陷，隨著技術的進步，Etnernet發展到千兆（KM）階段，Ethernet增加了雙工通信技術，交換技術，信息優先級等提高實時性。同時Ethernet改進了容錯技術。全球成立了工業Ethernet聯盟(indusrtial
Ethernet Alliance)即IEA。其目的是建立工業控制Ethernet產品標準。由此出現了Ether Net/IP。

    ②EtherNet/IP

    EtherNet/IP由兩部分組成，其中EtherNet是廣泛應用的以太網通信技術（包括芯片、物理介質和應用基礎等），而IP指的是工業協議（industrial
protocol）。與其他眾多的工業以太網方案不同，EtherNet/IP采用了開放的應用層，許多現場總線和廠商組織都支持它的標準。

    EtherNet/IP實際上是一種TCP/IP的工業擴展，因為它采用在普通應用層上的TCP/IP封裝，使工業設備節點在以太網信息里將數據封裝起來，而后該節點將帶有TCP/IP的信息擴展到以太網的數據鏈路層。這個標準的應用層，EtherNet/IP與廠商軟件產品的結合點就是OPC技術。OPC技術在工業以太網EtherNet/IP中的出現，大大改進了工業控制系統的開放性的互操作性。帶TCP/IP協議標準的EtherNet/IP接口，現在已經在智能設備和I/O模塊中使用。它能夠與工廠信息管理系統進行直接地、無縫連接、而無需任何專用設備。

    EtherNet/IP同時受到Control Net和Device Net總線標準的支持。Control
Net與Device Net做為現場總線，分別由CI和ODVA兩個組織來管理技術和推廣。全球有700多個大廠商在支持，EtherNet/IP的協議由CI和ODVA兩個組織共同管理，并通過CI、ODVA和IEA對開發者進行技術指導和支持，而且免費提供一些應用代碼。

    2、Wind River為企業管控一體開發者提供的解決方案

    （1）風河（Wind River）系統公司的工業自動化開發軟件Tornado與羅克韋爾自動化公司的Ether
Net/IP主程序庫，進行以太網/工業協議（ethernet/industrial protocol）技術集成。該技術將使許多以太網/工業協議設備，如控制器、I/O、驅動器、自動設備、操作界面、監控站…的開發大為簡化。為保證工業設備協同工作，EtherNet/IP使目標準應用層，通用對象模型和通用設備描述，容納在設備網和控制網絡。風河公司與羅克韋爾自動化均為開放設備網絡和控制網絡供應商協會（ODVA與CI）的成員。Wind
River規范由ODVA和CI來維護。

    EtherNet/IP主程序庫提供給開發者一組完整的函數，這些函數可以使開發者的產品具有TCP/IP之上的控制和信息協議（CIP）連通性，在EtherNet/IP規范中有具體的說明。這些函數使開發者不需要了解詳細的以太網協議的知識，就可以進行EtherNet/IP產品的開發。

    （Wind River）風河系統公司對于企業管控一體開發者提供的解決方案，就是基于Tornado、VxWorks、VxOPC、WindNet
Device Net、EtherNet/IP（TCP/IP）的集成。Tornado的設計使得嵌入式工業設備開發者的重點，由開放技術的集成轉為應用程序本身的開發，從而更加適應市場的需求。

    在Ether Net/Ip層的管控設備中嵌入風河公司VxWorks5.4實時多任務操作系統（RTOS），它可以對事件進行實時處理。既使了解可能在無法預知的時刻到來，它也能夠在嚴格的時間限制內作出響應。同時VxWorks5.4支持很多的網絡通信協議（ATM、OSPF、MPLS、NAT、PPPOE、PPP……），

    并能夠根據用戶的需求，進行組合。其開放式的結構和對工業標準的支持，使開發者只需要做最少的工作，就可以設計出有效的，適合工程要求的系統。它有極強的制定性。

    （2）、以下簡要介紹VxWorks系列相關的幾個功能產品軟件。

    ①VxWorks 5.4

    VxWorks是嵌入式開發平臺TornadoⅡ的運行期組件，也是嵌入行業應用最為廣泛的實時操作系統（RTOS）。

    TornadoⅡ是向用戶提供的全集成、簡便運行的VxWorks仿真器。它運行于主機開發系統中。Tornado可以獨立于BSP通信、獨立于操作系統配置。甚至獨立于目標硬件，從而可以立即開始應用程序的開發。這是大大方便于初用者。他們借此可以立即運用功能強大的Tornado開發環境，創建應用程序。TornadoⅡ集成開發環境（IDE）從根本上消除了配置VxWorks的學習曲線過程。縮短時間的關鍵，就在于具備自動裁減功能。這個功能可以分析用戶應用代碼并自動裁減VxWorks操作系統，辯識可以完全清除的組件。Tornado獨道之處，在于它可以在各種目標系統資源下，所有開發工具在不同的應用開發階段都可以使用。

    VxWorks擁有超過1800個功能強大的應用程序接口（API），具有很強的靈活性，適應從最簡單到最復雜的產品設計，有很好可升級性。VxWorks從汽車防抱死（ABS）系統，到宇宙飛船，空間探測器等，各種關鍵應用中均可使用，具備極高的可靠性。它能夠在所有常見的CPU上運行。

    VxWorks RTOS具有高效率的微內核Wind，微核支持所有的實時功能，包括多任務，中斷功能，搶先和輪轉調度功能。同時微核能使系統開銷達到最小，對外部事件可做出迅速確定性的響應。

    VxWorks是第一個集成TCP/IP網絡工具的實時操作系統。它既符合工業標準，又為實時應用專門進行了優化。

    易于移植到特定硬件上，是VxWorks的應用成功所在的特點。硬件依賴層稱為主板支持包（BSP）。執行VxWorks的任何目標主板都需要BSP。BSP使得開者能夠在特定硬件上，輕松地使用VxWorks，向開發者提供的BSP已超過200個。開發者可從自由選擇目標機的驅動程序。VxWorks
5.4支持16位、32位CPU：Power PC、68K CPU、X86和Pentium、 i960、MIPS、NEC V8xx、SPARC、SH、ST20…。

    ②Vx OPC

    OPC標準以微軟公司的OLE技術為基礎，它的制定是通過提供一套標準的OLE/COM接口完成。OLE標準允許多臺微機之間交換文檔，圖形等對象。COM是所有OLE機制的基礎，COM是一種為了實現與編程語言無關的對象而制定的標準。COM的擴展，稱為DCOM，通過DCOM技術和OPC標準，完全可以創建一個開放的，可互操作的控制系統軟件。OPC標準是由OPC基金會建立。它采用了客戶機與服務器的模式。

    風河公司是OPC基金會成員。OPC規范標準已得到全球工廠自動化和流程工業控制解決方案領域的大多數供應商的廣泛采用。例如：西門子，N1、intellution、費希爾、羅斯蒙特、Wonderwaer等等。

    風河公司的Vx OPC解決方案，實施了OPC規范，這種標準接口能實現自動執行/控制應用、現場設備以及商業/辦公室應用之間的互操作性。Vx
OPC能為開放者大大縮短開發基于OPC的行業測量和控制應用程序的時間。Vx OPC不但提供源代碼，還包含OPC數據訪問服務器和Win32應用程序接口（API）的交互式客戶機樣例，這種接口可用于測式和調試OPC服務器的實施過程。

    Vx OPC數據訪問服務器是一種靈活、有效的32位多線程接口，可通過擴展、適應大小應用。借數據訪問服務器接口，應用可以很容易地在不同的時間，以不同的響應和解決時間要求，通過網絡訪問許多數據子集。數據訪問的實現可以不依賴于子系統使用的數據結構。

    Vx OPC解決方案適合與VxWorks和Vx DCOM一起使用。它們可以擴展并為基于VxWorks的嵌入式應用實施DCOM。當以COM/DCOM技術通信基礎設施為基礎，將數據類型傳送到遠程系統時，VxDCOM可保證其兼容性。因此，VxOPC不但能夠為工廠自動化和流程工業控制系統，提供真正的分布式解決方案，還能順利集成在分布式設備――無論它們是基于PC的設備還是基于VxWorks的嵌入式設備。

    VxOPC交互式客戶機工具，使開發人員能很容易地為其基于VxOPC的應用訪問數據記錄。交互式工具能夠在PC客戶機（用于測試和調度VxOPC數據訪問服務器）上實施OPC客戶機接口，或者向新老應用添加OPC接口。這個工具提供源代碼，因此設計者可以根據自已目的進行修改。

    VxOPC數據訪問服務器和VxOPC交互式客戶機工具與Tornado平臺緊密集成在一起，因而快速生成嵌入式應用。供助Tornado集成開發環境（IDE）的項目設施，開發者可以快速地組合實施符合特殊應用要求的VxOPC、VxDCOM和VxWorks。VxOPC交互式客戶機軟件為Tornado環境添加了OPC專用調試工具，使Tornado
IDE成為形成基于VxWorks的OPC設備的完整工具解決方案。

    VxOPC對于系統要求：▲TornadoⅡ/Vxworks 5.4▲VxDCOM▲MSVC5.0或VisualStudio6.0▲Windows
98/NT主機支持。

    VxOPC支持的目標：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

    風河公司支持Device Net現場總線設備網。

    風河的Tornado for industrial Automation――Device
Net開發平臺，提供了完整的嵌入式軟件解決方案，用于開發基于市場第一位的VxWorks實時操作系統的，完整兼容Device Net客戶機和服務器的設備。隨著制造業和工業自動化工藝日益變得繁多而復雜，業界用戶要求開發者，制造更加智能化的現場設備，以便通過不斷擴大分布式控制網絡，來發送實時數據。Device
Net成為開放的標準通訊網絡的一員。Device Net有利于低端智能現場設備如傳感器、閥門、開關、電機、驅動與傳動設備和高端設備（控制器）PLC、工控機（IPC與PC/104等）之間的連接與通信。

    風河的Tornado for industrial Automation――Device
Net軟件提供了一種經過預先嚴格集成和測試的解決方案。包括VxWorksRTOS、Tornado集成開發環境（IDE）和工具、以及Wind
Net Device Net協議堆棧。這些部件使開發者能夠將精力集中到開發增值應用軟件和縮短產品上市的時間上。

    Wind Net Device Net是風河公司對“開放型Device Net廠家協會（ODVA）”Device
Net規范2.04版本的具體實施。它允許開發者設計基于VxWorks RTOS的Device Net工業應用程序。WindNet
DeviceNet是專為VxWorks RTOS優化的源代碼產品，現有的Device Net產品和功能可進行單獨擴展，并可創建用戶定義的新目標，快速開發和集成設備的專用功能。協議堆既可以啟動服務器/客戶機操作模式，也可同時啟動服務器/客戶機設備操作模式。實施過程的模塊化和優化，使其完全適于資源缺乏的嵌入式的工業設備。

    Wind Net Device Net堆棧執行ODVA Device Net規范中所描述的諸多特性。Tornado IDE使開發者能夠方便地將顯示消息、I/O消息（查詢位選通、COS/CYCLIS）、顯示和I/O消息分段、UCMM顯示消息、設備停機消息、雙重MAC地址校驗、應答處理和設備核消息等結合在一起。這些能力是作為Device
Net服務器/客戶機設備的，基本特征提供的。堆棧也支持125、250和500Kbps數據傳輸率。另外，采用了新的ODVA Devicee
Net協議一致性測試軟件、Wind Net Device Net協議堆棧已實現質量工程化，故而便于開發者用自己的設備通過一致性測試。

    Wind Net Device Net應用程序向導，使開發者通過一系列的配置步驟確定設備功能參數，并給項目配以適當的文件，設備特性包括設備配置參數的定義和適合那些參數的公共界面。項目包括建立應用所需要的所有文件索引。應用程序向導簡化了總體開發過程。

    CAN驅動程序是Wind Net Device Net備有專為VxWorksRTOS設計和優化的CAN驅動程序。CAN控制器軟件以源代碼方式提供，并用API文件說明，以便于其應用新的CAN控制器硬件。

    Wind Ner Device Net備有大量的樣例文件說明和源代碼樣例。樣例可在幾分鐘內運行。這是使開發者能很快熟悉開發環境，并開發出自已的Device
Net專用程序。

    總之，在工廠企業管控一體網絡的低端設備，IPC、PLC、變送器、閥門、開關、電機、驅動與傳動設備中嵌入VxWorks實時操作系統，支持現場總線標準。使得工廠企業管控一體化解決方案中的事件得到實時處理，保證了整個系統的可靠性和高可用性。

    4、結束語

    綜上所述，工廠企業管控一體化中，風河公司向開發者提供了一個非常實時可靠處理事件發生的高可用的解決方案。它在中層網絡和低端網絡的設備中都嵌入可裁剪的VxWorks實時操作系統，為開發者提供具有具體工廠企業個性管控一體化的解決方案。

    自從風河公司進入中國以后，通過這幾年的發展，已擁有了龐大的用戶群和一支成熟的技術支持隊伍。服務基本上覆蓋了全國各主要區域。同時風河公司也在北京、上海、深圳分別設立了辦事處，更好地對客戶進行支持。目前，整個技術隊伍已有近百人，并且還在不斷的壯大之中。