1 引言
作為專業(yè)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)和制造公司，德國(guó)倍福(Beckhoff)公司提出了一種新的理念:為什么我國(guó)不可以制造出一種基于工業(yè)PC和PLC之間的嵌入式PC。這就是今天要說道的嵌入式PC CX1000.Beckhoff 的CX1000 。新產(chǎn)品是針對(duì)需要帶有工業(yè)PC特性和計(jì)算性能的功能，并且不打算購買整臺(tái)PC機(jī)的客戶而設(shè)計(jì)的。它很好地結(jié)合了兩個(gè)領(lǐng)域:工業(yè)PC和硬件PLC。不僅兼容了傳統(tǒng)PLC的所有功能，而且還有運(yùn)動(dòng)控制和組態(tài)(HMI)功能，我們稱之為“導(dǎo)軌式的三位一體化多功能控制器”，可廣泛用于機(jī)械設(shè)備控制，樓宇，注塑，冶金，汽車制造，污水處理，遠(yuǎn)程監(jiān)控等各個(gè)領(lǐng)域。

2 倍福CX1000系列硬件簡(jiǎn)介
2.1 倍福的PLC的層次結(jié)構(gòu)
倍福的PLC(CPU)分為四個(gè)層次，由小到大分別是:BC系列，BX系列，CX系列,和運(yùn)行在IPC上的TWINCAT PLC.這四個(gè)層次的PLC不論其硬件結(jié)構(gòu)、規(guī)模都使用同一個(gè)自動(dòng)控制軟件包TwinCAT來進(jìn)行配置和編程。同我們?nèi)粘Ｋ姷降腜C機(jī)一樣，CX1000包括兩個(gè)部分:CX1000 CPU和CX1000的系統(tǒng)接口。
CX1000 CPU模塊是CX系統(tǒng)的基本模塊(見圖1)，內(nèi)部采用時(shí)鐘頻率為266MHz的奔騰MMX處理器，內(nèi)存可以擴(kuò)展到32M閃存/128MRAM。再配上Microsoft Windows CE.NET 或Microsoft 嵌入式Windows XP操作系統(tǒng)就把CX1000系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成一個(gè)功能強(qiáng)大的PLC和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。如果再配上顯示終端和鼠標(biāo)，鍵盤就不僅可以達(dá)到控制、而且也能達(dá)到監(jiān)視的目的，由于配備了操作系統(tǒng)，它的通訊功能也是令人嘆為觀止的，如果再把一根網(wǎng)線插在CPU模塊以太網(wǎng)連接口上，便可以隨意的上網(wǎng)。

圖1 CX1000-基本CPU模塊面板圖

2.2 倍福PLC(CPU)的接口
CX1000由于內(nèi)置了操作系統(tǒng)，它的接口也是豐富多彩的，包括有標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)視器, 打印機(jī)，掃描儀，鼠標(biāo)，鍵盤和BECKHOFF專門提供的專用接口模塊(見圖2):

圖2 部分接口模塊的面板圖

(1) USB/DVI接口模塊CX1000-N001:可連接BECKHOFF的控制面板或標(biāo)準(zhǔn)顯示器以及鍵盤，鼠標(biāo)，觸摸屏等。
(2) COM2/COM3接口模塊CX1000-N002:主要用于提供2個(gè)附加的串行接口，最大傳輸速度為115K
(3) 音頻接口模塊CX1000-N003: 主要提供音頻輸入輸出接口。
(4) 視頻接口模塊CX1000-N004: 主要提供視頻的輸入輸出。

3 倍福CX1000嵌入式PC的新特點(diǎn)
3.1 一臺(tái)CX1000上，最多可以有4套PLC
把一臺(tái)CX1000分成4套PLC獨(dú)立運(yùn)行，這4套PLC具有獨(dú)立的端口地址，其內(nèi)部資源(如計(jì)數(shù)器，定時(shí)器，存儲(chǔ)區(qū)，全局變量等)完全獨(dú)立，互不相關(guān)，相互之間的數(shù)據(jù)訪問也要通過專門的ADS指令，而不是直接的數(shù)據(jù)調(diào)用。各套PLC可以單獨(dú)控制其啟動(dòng)和停止。這在工程上大大降低了資源沖突的風(fēng)險(xiǎn)。例如有一個(gè)大的項(xiàng)目，如果項(xiàng)目經(jīng)理把編程任務(wù)分配給4個(gè)工程師去做，用別的PLC的話我們可能要花很多的時(shí)間來分配PLC的資源(計(jì)數(shù)器，定時(shí)器，存儲(chǔ)區(qū))使它們不會(huì)發(fā)生沖突。而這樣的情況在CX1000上絕對(duì)不會(huì)發(fā)生。
而且每個(gè)PLC又可以設(shè)4個(gè)獨(dú)立的任務(wù)等級(jí)，每個(gè)任務(wù)等級(jí)可以自由調(diào)用程序。每個(gè)任務(wù)等級(jí)的循環(huán)周期可以自由定義，根據(jù)處理器的速度，最快可以將循環(huán)周期設(shè)定為50μs。而在傳統(tǒng)的PLC中，啟動(dòng)時(shí)立即執(zhí)行的程序只有一個(gè)，其它程序都要通過這個(gè)入口來調(diào)用。而CX1000支持多任務(wù)功能，用戶可以非常方便的處理需要快速執(zhí)行的任務(wù)。并且循環(huán)周期可以自由設(shè)定。

3.2 借助PC處理器可快速執(zhí)行命令
由于借用了PC處理器這樣工業(yè)應(yīng)用就可以共享商業(yè)PC處理器技術(shù)的成果，使速度更快，而無需控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和程序。例如，執(zhí)行1000條代碼指令，用傳統(tǒng)的PLC需要1500μs，而使用CX1000，266MHz的CPU，僅需要54μs。

3.3 支持源代碼的上載
傳統(tǒng)的PLC不支持源代碼的上載，程序上載之后，不帶注釋，程序段中也只有直接地址顯示，而沒有變量名。數(shù)據(jù)塊上載之后，也只有直接地址，沒有變量名。如果工程師手上沒有原來的程序，單看PLC上載的程序，對(duì)照工藝流程和電氣線路圖，是非常辛苦的。尤其是大型項(xiàng)目，或者在生產(chǎn)過程中，PLC程序經(jīng)歷了多次小的改動(dòng)，而工程檔案又沒有及時(shí)跟進(jìn)的話，問題將比較麻煩。這也就是我們常說的PLC不支持源代碼下載。而倍福的CX1000很好的解決了這個(gè)問題。可以說支持源代碼上載是其最突出的亮點(diǎn)之一。

3.4 其它一些特點(diǎn)
其它的一些特點(diǎn)主要有:定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，內(nèi)存量和程序長(zhǎng)度不受限制。處理映象的大小輸入輸出都為65535個(gè)字節(jié)。使用國(guó)際通用的五種編程語言功能強(qiáng)，操作容易。控制分布式I/O，支持各種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)(lightbus, profibus, canopen, Sercos，DeviceNet).提供OCX,DLL接口文件和OPC Server功能，可用VB，VC等開發(fā)組態(tài)軟件或與其它工業(yè)管理軟件集成，例如可與國(guó)產(chǎn)組態(tài)王直接通訊，CX1000底層的通訊驅(qū)動(dòng)程序已經(jīng)做在了組態(tài)王里面。支持地址映射，編程時(shí)無需考慮I/O地址，只需要最后導(dǎo)入時(shí)執(zhí)行映射操作。自帶有2行，16字符的液晶顯示(可編程顯示)。

4 倍福CX1000編程于組網(wǎng)
4.1 編程方式
倍福CX1000與TwinCAT自動(dòng)化軟件的結(jié)合使CX1000工業(yè)PC成為一個(gè)擁有4個(gè)用戶任務(wù)的強(qiáng)大的IEC61131-3 PLC。此外，還可執(zhí)行運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)。依據(jù)所需的循環(huán)時(shí)間，可以控制幾個(gè)伺服軸。即便是特殊功能(如飛行前饋，電子齒輪，凸輪碟等)。依據(jù)所使用的操作系統(tǒng). CX1000系統(tǒng)有兩種編程方式:
(1) 以態(tài)網(wǎng)遠(yuǎn)程編程。如果基本單元裝有 Windows CE.NET,則選用這種方法。此時(shí)，系統(tǒng)可通過便攜式或臺(tái)式PC機(jī)編程，并通過以太網(wǎng)(網(wǎng)絡(luò)或傳輸電纜)與CX1000相連。程序在裝有正版Twin CAT軟件的便攜機(jī)編寫，然后下裝到目標(biāo)設(shè)備。
(2) CX1000本地編程。如果基本單元裝有嵌人式Windows XP.則選用這一方法。此時(shí)，對(duì)CX1000的編程與標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)PC相似;所有TwinCAT工具在目標(biāo)設(shè)備上運(yùn)行. CX1000可被直接編程。此外，也可通過以態(tài)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程編程。
CX1000系統(tǒng)采用何種操作系統(tǒng)和TwinCAT版本,在很大程度上取決于不同的應(yīng)用。如果重點(diǎn)是完全可視化或者新開發(fā)的Windows 95/98/NT/2000程序已經(jīng)存在，則嵌入式Windows XP將是合適的操作系統(tǒng)，因?yàn)檫@些程序不需調(diào)整。然而，如果不需可視化或只需簡(jiǎn)單的可視化，并且需要快速的啟動(dòng)時(shí)間和要求較低的系統(tǒng)成本，則把資源適中的Windows CE作為操作系統(tǒng)是理想的方案。不過以上兩種方案均具有相同的網(wǎng)絡(luò)功能，因?yàn)閃indows端口實(shí)現(xiàn)了便捷的以態(tài)網(wǎng)IP通信。此外，TwinCAT將每個(gè)CX1000系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成 ADS設(shè)備，并通過該協(xié)議可與網(wǎng)絡(luò)上的任何一個(gè)TwinCAT設(shè)備進(jìn)行通訊.這些通訊選件 使我們可以把Beckhoff工業(yè)PC,CX 1000設(shè)備和總線端子控制器整合成復(fù)雜的控制網(wǎng)絡(luò)。

4.2 組網(wǎng)方式
CX1000既可以做為主站也可以作為從站，支持5種現(xiàn)場(chǎng)總線(Lightbus，Profibus，CanOpen，Devicenet，Sercos)。以下分別討論一下CX1000做主站和從站的現(xiàn)場(chǎng)總線連接
(1) CX1000-主站 現(xiàn)場(chǎng)總線連接
現(xiàn)場(chǎng)總線主站實(shí)現(xiàn)了過程數(shù)據(jù)和信號(hào)的分布式采集，即使是對(duì)遠(yuǎn)距離的機(jī)械和設(shè)備。現(xiàn)場(chǎng)總線主站模塊在CX1000系統(tǒng)中的作用是使全部倍?，F(xiàn)場(chǎng)總線組件(例如，總線耦合器，總線端子控制器，驅(qū)動(dòng)設(shè)備)作為分布式控制組件能夠在復(fù)雜系統(tǒng)組裝中使用。同時(shí)允許幾個(gè)相同或不同的總線主站并聯(lián)操作。例如，兩個(gè)Profibus主站或一個(gè)Profibus主站和一個(gè)SERCOS接口主站可以同時(shí)存在于同一個(gè)系統(tǒng)中。
主站和從站連接的混合操作也不是問題。一個(gè)CX1000系統(tǒng)可以假想為不同現(xiàn)場(chǎng)總線中的智能網(wǎng)關(guān)。從現(xiàn)場(chǎng)總線中接收數(shù)據(jù)，通過程序處理它們，然后將它們提供給其他的現(xiàn)場(chǎng)總線。除CX變體為單通道形式以外，CX1000現(xiàn)場(chǎng)總線主站模塊的性能數(shù)據(jù)幾乎與倍福PC現(xiàn)場(chǎng)總線卡相同?？蛇B接的從站數(shù)量不受不同總線系統(tǒng)的限制。
CX1000現(xiàn)場(chǎng)總線能夠在現(xiàn)場(chǎng)被更新和替換，并可通過PC104系統(tǒng)總線與已存在地的CX1000系統(tǒng)相連。除ISA總線外，無需地址開關(guān)設(shè)置地址，因?yàn)槟K通過ISA的即插即用功能分配地址。
(2) CX1000-從站 現(xiàn)場(chǎng)總線連接
該連接是CX1000系統(tǒng)作為從站控制而集成的現(xiàn)場(chǎng)總線，可以接收或處理來自主站的數(shù)據(jù)，或從它自己處理的外圍設(shè)備回送數(shù)據(jù)給主站，可以是直接的數(shù)據(jù)或處理過的數(shù)據(jù)。CXA系統(tǒng)中的每個(gè)從站連接都包含一個(gè)作為各個(gè)總線系統(tǒng)和CX CPU模塊之間的DPRAM接口。它作為輸入/輸出數(shù)據(jù)的內(nèi)存，可被CPU模塊通過內(nèi)部的ISA總線分配地址。現(xiàn)場(chǎng)總線的從站模塊的使用可以利用CX1000系統(tǒng)作為所屬的分布式控制，對(duì)復(fù)雜的和模塊化系統(tǒng)組態(tài)。同時(shí)允許幾個(gè)相同或不同的從站并聯(lián)操作，例如，兩個(gè)Profibus從站或一個(gè)Profibus從站和一個(gè)CanOpen從站同時(shí)存在于同一個(gè)系統(tǒng)中。
主站和從站的混合操作也不是問題。CX現(xiàn)場(chǎng)總線從站模塊總是單通道形式?？蛇B接的從站數(shù)量只受不同總線系統(tǒng)的限制。

5 簡(jiǎn)單應(yīng)用
雖然目前對(duì)CX1000系列的不同應(yīng)用和擴(kuò)展選件還沒有來得及作詳細(xì)的探究，但模塊化硬件和強(qiáng)大的控制軟件相結(jié)合，其本身就已經(jīng)在工業(yè)自動(dòng)化及其他領(lǐng)域開辟了新的前景。CX1000技術(shù)現(xiàn)在也被用于Beckhoff的其他設(shè)備中，未來的用途將更加廣闊。Beckhoff面板式PC就是一個(gè)例子:它們是一系列核心為CX的以態(tài)網(wǎng)操作終端。圖3是一個(gè)帶 DVI/USB 接口和現(xiàn)場(chǎng)總線連接的 PLC 和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)框圖。

圖3 帶 DVI/USB和現(xiàn)場(chǎng)總線連接的 PLC 和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

系統(tǒng)由CPU CX1000-0112(帶 DVI/USB接口)、現(xiàn)場(chǎng)總線主站|CX1500-M310(Profibus)、現(xiàn)場(chǎng)總線從站| CX1500-B510(CANopen)、控制面板、總線耦合器、總線端子等組成。面板通過DVI口連接。本系統(tǒng)中組成了一個(gè)Profibus主站和一個(gè)CanOpen從站?？蛇B接遠(yuǎn)方的設(shè)備。如果本設(shè)備再添加音頻、視頻接口就能接麥克風(fēng)或攝像頭從而應(yīng)用到樓宇自動(dòng)化。

6 結(jié)束語
本文著重論述了德國(guó)BECKHOFF新一代嵌入式PC CX1000，從本文我們看以看到，隨著自動(dòng)化技術(shù)的越來越發(fā)展，PLC會(huì)逐漸的向嵌入式PC發(fā)展，當(dāng)然，小型PLC在未來的相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)仍將廣泛使用，但大中型PLC肯定會(huì)受到嵌入式PC的一定沖擊。