德国EPIS公司嵌入式控制系统简介 作者：李刚 地址：沈阳莱茵机电有限公司 沈阳经济技术开发区星海路16号 邮编：110141 电话：024-25369845 E-mail: shenyangligang@163.com, 德国EPIS公司是国际自动化控制领域的领导者，专业开发和生产的各种通用嵌入式控制系统，把PLC功能、点位运动控制功能、 测量功能、 PID调节(如温度) 功能、人机界面功能、现场总线通讯功能和高级语言编程及大量通用的库函数集成在一起形成系列通用控制系统EMD。该系列控制系统体积小、功耗低、模块化、而且平台开放、功能强大、可靠性高、灵活通用。面对多元化的应用需求，EPIS公司都能快速提供订制化的完美控制方案。 一、系统的结构和功能 EMD系列控制系统结构包括：控制面板、相关支撑硬件（微处理器、存储器、外设器件、I\o端口等）和应用软件。 （一）控制面板 客户化设计，使用户不仅可以选用已有的控制器面板，还可以订制自己所喜爱的面板，使其颜色和图案与其设备或系统环境相匹配，部分按键带有状态指示灯。图示内容可按各种设备的专用功能要求及具体任务来任意编排，用画笔很方便地实现汉语和图形显示。所有按键都是真正的机械式开关，并有各自的编码，其功能用户可自行编程定义。比如选择某个功能按键就切换到对应的显示页面或输入不同的数据就选择各自的显示页面。 显示器类型是LCD显示器，可从120*16点达到最大320*240点象素，有点阵式显示和图形显示。整个系统面板从144*72 mm到255 * 183 mm，适合在各种设备上应用。 （二）相关支撑硬件 1、嵌入式微处理器 嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。EPIS采用SIEMENS公司嵌入式微处理器，它具备4个特点：（1）对实时和多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时操作系统的执行时间减少到最低限度；（2）具有很强存储区保护和扩展功能，由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断；（3）可扩展的处理器结构，以便迅速地扩展出满足应用的高性能配置；（4）嵌入式微处理器的功耗很低。 2、 I\O端口 （1）数字输入口和输出口数量可选择，并且各自最多可扩展到512路。其输入电压是24VDC, 标准输入口采用光电隔离结构，分为标准速度口（从高变低为3.5 ms，从低变高为 2.8 ms）和快速输入口（响应速度为20 µs）。高速输入口不带光电隔离，额定电压是5V或24V，响应速度为1.1 µs。数字输出口采用24V光电隔离结构, 每路电流最大500毫安，配有短路保护和热过载保护；继电器输出口有一常开点和一常闭点，转换电压最大48 VDC，转换电流最大1 A，转换容量最大30W，运行时间3ms。 （2）模拟量输入口和输出口的数量都可扩展到40路。其模拟量输入口有电压输入和电流输入方式，也可以接温度传感器信号，内部A/D转换器是15位.，转换时间为20 µs。 它主要用于如温度和张力等的调节。 （3）特殊功能口：多路高速记数器输入口, 最大输入频率是25 KHZ；有增量编码器输入口, 最大输入频率是1M HZ；有绝对值编码器25位输入口, 模拟量输出口内部D/A转换器是11位，转换时间为100 ms。主要用于控制变频器和模拟交流伺服电机。 3、 CAN扩展模块 CAN扩展模块是光电隔离，与ISO/DIS 11898兼容。其传输电缆是双绕线屏蔽电缆，且对应于不同长度的电缆，传送的位速率也不一样。CAN扩展模块扩展卡自带CPU，可以独立脱机工作，节省主CPU的开销。 CAN扩展模块分为下面几种: 第一种CAN扩展模块带有16/16路数字输入输出口、1 路CAN接口及32 个LED 状态指示灯；第二种CAN扩展模块带有8/8 路数字输入输出口、1 路CAN接口和16 个LED 状态指示灯；第三种CAN扩展模块带有16/16路数字输入输出口和1 路CAN接口. 第四种CAN扩展模块带有8/8路数字输入输出口和1 路CAN接口; 第五种CAN扩展模块带有8/2路模拟输入输出口和1 路CAN接口; 第六种CAN扩展模块带有8/8路模拟输入输出口和1 路CAN接口; 第七种CAN扩展模块带有4/4路模拟输入输出口和1 路CAN接口; 第八种CAN扩展模块带有4/2路模拟输入输出口和1 路CAN接口; 输入口速度分别为2ms和1.1 µs。 4、 运动控制卡 EPIS公司还开发控制步进电机卡和伺服电机卡，专用来控制步进和和伺服电机, 最多达到4个轴。其步进电机控制卡自带CPU和存储器，不占用上位机的资源就可独立工作，从而自行完成各种点位运动功能。还可对位置等进行P, PI, PD或PID调节。 5、总线功能 可带一路或多路CAN总线口和多个扩展槽。利用EPIS公司提供的TCP/IP网络功能支持设备与设备间、设备与网络之间的在线数据交换，EPSI系统还选配RS232/RS485，CANopen, 和Profibus接口。可以通过Internet对EMD系统进行遥控操作。 （三）应用软件：软件部分包括操作系统软件和应用程序编程。 1、 操作系统软件： 操作系统软件是嵌入式系统（包括硬、软件系统）极为重要的组成部分，通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等。嵌入式操作系统的基本特点，如能够有效管理越来越复杂的系统资源；能够把硬件虚拟化，使得开发人员从繁忙的驱动程序移植和维护中解脱出来；能够提供大量专用和通用库函数、驱动程序、工具集以及应用程序。与通用操作系统相比较，嵌入式操作系统在系统实时高效性，硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。应用程序控制着系统的运作和行为来完成特定的任务；而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。编程环境非常好，在PC机上编程，具有非常方便地仿真，设断点，参数设置和跟踪，单步执行等DEBURG功能。正确的程序可以下载到EDM系统里，上电后自动运行，可反复下载新程序。 2、应用程序编程 所有系统采用相同的编程环境, 不同系统间的程序可以方便互换。它采用多任务实时操作系统，最多可同时运行8个程序，可据其重要性设置对应的优先权和设置中断，这一优先权可以每1ms或更长时机改变一次。EPIS嵌入式控制系统提供了六种符合IEC61131—3标准的可编程控制器（PLC）编程语言，它们分别是：IL（语句表）、LD（梯形图）、FBD（功能块图）、SFS（流程图）、ST(结构文本)和CFC（功能块连接图）。用这六种编程语言所写的程序间可互相调用。另外，EPIS嵌入式控制系统还可以使用C语言编程。用户FLASH 闪存是256 KB到1024KB, 用户RAM存储器是512KB或1024KB。EPIS操作系统本身具有特殊功能块等大量通用库函数，能完成几乎所有常见任务, 而且不断更新。最常用的库函数分为：测量功能库、PLC控制功能库、定位控制功能库、PID调节功能库、电子凸轮功能库、图示/图形功能库、键盘操作功能库、事件触发功能库及总线功能库等。 共有8种类型的电子凸轮功能如角度凸轮、多周期凸轮、多周期重复性凸轮和时间凸轮等；电子轮功能的电子轮比可每10ms改变一次. 还可对温度, 张力和位置等进行P, PI, PD或PID调节；总线方式通讯功能如: 串口RS232/RS485, CANOPEN, CAN，TCP/IP (以太网) 和PROFIBUS DP，还有通过网络进行遥控功能. 二、Epis领导嵌入式系统的未来 Epis嵌入式系统从四个方面领先世界：（1）高度开放式平台结构，易于与其他系统整合；（2）体积越来越小，性能非常稳定，功能更强大；（3）应用趋向多元化，需求小批量、快速订制化的服务；（4）基于Internet嵌入式系统。抗干预能力超过一般的数控系统和IPC。总之，采用嵌入式系统可以在相对传统控制系统解决方案比较短的时间内，完成了一整套的、具有从简单PLC逻辑控制到多轴点对点运动控制和多路温度调节的完整的自动生产线的机械设计、电气设计、实时控制和人机交互软件的编程。EPIS的CodeSys开发系统软件为缩短产品开发周期、丰富系统功能提供了有利的后台支持，大大提高了最终用户的竞争力。