??? 近兩年來,嵌入式工控機在自動化市場上大放異彩,很多客戶都可以接受一體化成形的無風扇、低功耗、具有工業(yè)特質(zhì)的嵌入式工控機。那么，嵌入式工控機是否會取代傳統(tǒng)的工控機呢？誰都無法準確地預言。嵌入式工控機優(yōu)越之處在哪里？可以為使用者帶來怎樣的便利？本文將著眼點放在不斷發(fā)展與升級的制造業(yè)上，探討在堅持“節(jié)能、減排”的原則下，嵌入式技術如何產(chǎn)生影響并為使用者帶來益處。
????????????????????????? 具有無風扇嵌入式、工業(yè)特性、開放架構(gòu)的工控機
??? 近年來,制造執(zhí)行系統(tǒng)MES(Manufacture Executive System)的理念已逐漸被國內(nèi)各類行業(yè)所接受，并且付諸實踐。最主要的原因是實行MES有諸多好處，但最終的目的都是為了提升企業(yè)本身的競爭力。唯有不斷地提升競爭力，企業(yè)方能在眾多的競爭者中脫穎而出。
?? ?以一個汽車制造廠為例，一但發(fā)生質(zhì)量問題，工程師將會花費大量的時間處理該問題，其生產(chǎn)線在該時間內(nèi)所能繼續(xù)產(chǎn)出的機會成本也會耗費殆盡。而MES的實施，則可以有效提升并管控生產(chǎn)的效能，將成本控制落實到每個細節(jié)之處。
?? ?在工業(yè)信息化或是機械設備自動化中，底層控制多采用PLC，而在負責通訊或是數(shù)據(jù)采集的上位機選擇上，更多的用戶喜歡使用工控機。由于PC技術的進步，工控機的功能也得到了發(fā)展，在工業(yè)領域的應用普及率也迅速提升。隨著科技的不斷發(fā)展，相信工控機必將因其卓越的性能而成為工業(yè)自動化的主流控制系統(tǒng)。從市場反應的情況可以看出，在工控機和傳統(tǒng)控制器的選擇上，已經(jīng)有越來越多的終端用戶愿意使用性能更優(yōu)的工控機系統(tǒng)。
?? ?但工控機也有不足之處，如穩(wěn)定性、靈活性不如PLC，在對抗惡劣環(huán)境的能力方面也需要進一步提高。例如在實際應用中，有些現(xiàn)場環(huán)境十分惡劣,大量的粉塵、超高的溫度、重電干擾嚴重等，與此同時現(xiàn)場對機身體積也有一定的限制要求。但由此可以清楚地看到新一代嵌入式工控機的定位：通過低功耗系統(tǒng)的設計,將整臺嵌入式工控機的功耗設計在30W之內(nèi)；全面導入整系統(tǒng)無風扇的設計理念，因為減少機械零件可大幅地增加系統(tǒng)的可靠性；周邊I/O設計更適用于工業(yè)現(xiàn)場的應用，譬如隔離的串口、雙網(wǎng)口設計等，更利于工廠的網(wǎng)絡布線；電源輸入設計采用直流電輸入，并兼顧寬電源輸入，可讓嵌入式工控機方便地用于供電24V DC的工廠車間、48V DC的機車上甚至是110V DC的變電站內(nèi)；小體積的設計更是讓現(xiàn)場裝機人員贊不絕口，靈活應用于眾多工業(yè)現(xiàn)場內(nèi)的電控箱中,易于安裝及布線；搭配嵌入式操作系統(tǒng)技術,可以讓客戶自由開發(fā)客制化的操作系統(tǒng),增加整機運行的效率，且大幅縮短開發(fā)的時間。
?? ?總之，研華自動化一直關注產(chǎn)品在工業(yè)現(xiàn)場應用中的適用性，將嵌入式工控機設計上的著力點把握在：
?? ?· 無風扇嵌入式
?? ?· 工業(yè)上所需要的規(guī)格
?? ?· 開放式的PC架構(gòu)功能
?? ?以上所有的特點均集成在同一臺機器上，如圖1所示。
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??????????????????????????? 嵌入式工控機在連鎖店能源管理中的應用
??? 在地域廣大的國家或是地區(qū)，如中國、美國或是歐洲，因為管理不便，常常會造成能源的浪費。故在連鎖店的經(jīng)營模式中，能源管理就成為很重要的一項課題。特別是在一些加盟的快餐店、超市或是小吃飲食店，若能對個別的店家做好能源管理，從整體上就可省下可觀的電費，對于企業(yè)的競爭力也是很重要的一環(huán)。
?? ?故在能源管理系統(tǒng)內(nèi),監(jiān)控整個工廠或是設備的發(fā)電情況就顯得尤為重要。除了管控每個設備所使用的發(fā)電量之外,還必須針對各個設備的用電量進行有效的管控，進而達到用電量最佳化的目標。能源管理系統(tǒng)的架構(gòu)如圖2所示。
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??? 研華自動化在不斷提升自身產(chǎn)品的性能之余，更結(jié)合多年來的自動化應用經(jīng)驗，為連鎖企業(yè)節(jié)能提供有效的解決方案。
??? 圖3為研華工業(yè)自動化為某連鎖企業(yè)所做的節(jié)能方案。該企業(yè)在全國具有三千多間分店,遍布全國各地, 每間展店里都有冷暖氣及烤箱等耗電量甚大的設備，用電量難以管控。如果某些店的店長較負責任或是管理較健全,則可將用電量控制在合理的范圍內(nèi),但對于某些店家,情況卻有所不同。所以，業(yè)主對于龐大的電費開銷感到非常困擾。這種因地域廣大而造成的管理困難，不但耗費公司的開銷，而且造成能源的極大浪費。
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??? 研華自動化所推出的整體節(jié)能設備方案，將能有效地解決以上問題。
??? 首先利用工業(yè)數(shù)據(jù)采集器(ADAM-5510)將每間店的溫度、濕度進行管控，并對于每個設備所耗費的電量進行實時監(jiān)控，通過及時的內(nèi)部以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳至現(xiàn)場的嵌入式工控機(UNO-2053E)，并通過外部的網(wǎng)絡(遠程組態(tài))將這些寶貴的信息傳回至該企業(yè)的管理中心，進而對每個分店進行數(shù)據(jù)分析，從而實現(xiàn)電量使用的最佳控制。若是發(fā)現(xiàn)該店在非營業(yè)時間有異常的用電量，則也可通過遠程組態(tài)下達控制指令對現(xiàn)場的設備進行管控操作。通過研華成套的解決方案，客戶的用電量共節(jié)省了近40%。
??? UNO-2053E接口為一臺帶有2 個LAN接口、2個RS-232接口的嵌入式工控機，客戶選擇該嵌入式工控機的原因如下：
??? 具有無風扇、無轉(zhuǎn)動部件的穩(wěn)定性、多通訊端口的工業(yè)特性；內(nèi)帶嵌入式操作系統(tǒng)(XP embedded)以及功能強大的網(wǎng)絡化組態(tài)軟件(WebAccess)嵌入版,眾多功能集成于一體，方便客戶的使用。
?????????????????????????????????? 基于多核處理器的嵌入式工控機
??? 過去傳統(tǒng)的工控機大多還是集中使用。隨著嵌入式技術的發(fā)展以及現(xiàn)場總線技術的使用，工控機的控制會向上、下兩端延伸。整體規(guī)劃還需考慮網(wǎng)絡化的功能、處理速度快、及時性強和布線簡單的特點。由于嵌入式工控機具備工業(yè)現(xiàn)場運行的特性、網(wǎng)絡溝通的功能以及強大的CPU處理能力，嵌入式工控機將會在工廠的現(xiàn)場網(wǎng)絡(網(wǎng)絡下層或MES)中扮演重要角色。某些數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換、存儲或是運算的工作會交給現(xiàn)場的嵌入式工控機，而傳統(tǒng)的工控機在網(wǎng)絡架構(gòu)中會向上層(ERP)轉(zhuǎn)移，專職扮演好服務器(Server)的角色或是數(shù)據(jù)庫(Database)的工作。故在整個工業(yè)控制、工廠自動化、機械設備自動化領域中，嵌入式工控機與傳統(tǒng)工控機將成為相輔相成的合作關系而非競爭關系或取代關系。如此的架構(gòu)規(guī)劃，方可為用戶帶來最大的效益。
??? 受益于低功耗處理器，目前的多核心CPU處理器的發(fā)熱量被控制在30W之內(nèi)，而CPU處理能力的提升卻可達一般臺式機的2.5～3倍，故傳統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)可以放在MES層內(nèi)并以Database ODBC的方式與企業(yè)網(wǎng)絡(ERP)連接。在這里，研華的新品UNO-2182，酷睿雙核無風扇嵌入式工控機搭載Core 2 Duo(L7400)1.5GHz CPU，1GB DDR2內(nèi)存,具備四個串口,兩個千兆網(wǎng)口,同時可在60℃的高溫下穩(wěn)定的運行,能夠為工業(yè)現(xiàn)場的用戶帶來極大的便利及效益。圖4所示為幾種不同CPU運算能力的對比。
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????????????????????????????????? 研華自動化為用戶提供最大價值
??? 研華在工業(yè)自動化中可以提供從上到下的全系統(tǒng)解決方案。從上位機的傳統(tǒng)工控機、組態(tài)軟件，再到放置于現(xiàn)場的嵌入式工控機、一體化工作站和I/O控制器，還有工業(yè)網(wǎng)絡交換器以及工業(yè)通信模塊等產(chǎn)品，如圖5所示。研華的產(chǎn)品皆被設計成開放的架構(gòu),并提供超過一千種以上的產(chǎn)品與解決方案,可以輕松地根據(jù)不同的使用需求進行各種組合,完成客戶所需要的目標。研華將會本著創(chuàng)新的精神在產(chǎn)品設計上推陳出新,助力用戶成為最大的贏家，并以“以信息化帶動工業(yè)化、工業(yè)化促進信息化”的方針，加快實施“信息化與工業(yè)化融合”的重大舉措。
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