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利用电子设备的发展进步,自动化组件供应商通过嵌入式人机界面,为OEM客户节省成本与时间。

你有没有想过为自己的自动化系统购买一个特定组件,只是为了确定其通信方式与系统其余部分不匹配?也许你已经找到了完美的电机驱动,但其以太网端口只支持Modbus TCP,而你需要利用它与以太网/IP通信。也许你非常需要的一个重量控制器拥有串行端口,但不支持Modbus协议,它本来可以与你的PLC完美匹配。为了了解为什么存在这些问题以及供应商会如何解决它们,我们必须研究自动化组件的内部构造。

当供应商设计组件时,比如说一个电机驱动器,他们需要决定采用哪种通信端口以及支持该端口的协议。供应商希望尽可能减少端口及协议以降低成本,同时减少由于协议更新而导致的固件维护。但购买这些组件的机器、机器人原始设备制造商(OEM)希望它们支持尽可能多的协议,以确保其具备目前所需的通信功能,同时为未来提供灵活性。

许多OEM面临的另一个问题是一些自动化组件的操作界面只能提供有限的功能。现有的显示硬件可以提供全功能操作界面,但供应商的内置图形有限,不易于使用。此外,供应商试图通过限制开发成本来维持低成本,但只提供基本操作界会疏远现有和潜在OEM以及其他客户(图1)。

图1:PC通常被作为人机界面开发系统,将编译的应用程序下载到目标,比如另一台电脑、一套配备集成显示屏的嵌入式人机界面或一个自动化元件。

许多OEM通过添加独立的协议转换器来解决这些问题,他们采用PLC或独立的人机界面来转换协议并利用独立的人机界面提供更高级的操作界面。这些措施解决了问题,但增加了成本和复杂性。

更好的解决方案是让自动化组件支持更多的协议,同时配备更好的操作员接口。由于OEM承受着成本压力,他们需要组件供应商在几乎无需额外成本的情况下提供这些功能。他们能解决这个难题吗?

更多的功能,不变的成本

利用电子设备的发展进步,许多供应商可以在增加更多功能的同时维持甚至降低价格。智能手机和平板电脑就是很好的例子。许多工业自动化组件供应商也在这样做,虽然他们无法一直紧跟业界同行的速度。

但供应商可以通过增加更多通信功能来改进产品,并且利用电子设备的发展进步以及新式嵌入式人机界面软件来改善其组件的操作界面功能。

驱动器、独立控制器等大多数智能自动化组件的处理能力和内存都足以提供实时控制功能,这些功能是设备的核心。大部分剩余的处理能力和内存用于处理提供连接性和操作接口功能所需的自定义代码。

如果编译的人机界面软件运行时无需占用太多计算资源而且易于使用,那么这些多余的处理能力和内存还可用于处理嵌入式人机界面软件。

许多人机界面软件供应商会制作两个版本的软件,一个用于在PC上运行,另一个是精简版,用于在配备集成显示屏的嵌入式平台上运行。因此,让这些供应商制作第三个版本的人机界面软件并非难事,该版本也是精简版,用于在智能自动化组件上运行,并且具有增强的连接性和操作界面功能。这个版本被称为“嵌入式人机界面”。

自动化组件供应商采用该方法可以提供更多的连接性和操作界面功能,而这不会增加编写,测试和支持自定义代码所需的成本与时间。供应商在遵循这些步骤之后还能为OEM客户节省成本与时间。

实施步骤

大多数基于PC的人机界面支持数百种通信协议,还可以配备操作界面显示屏。嵌入式人机界面的软件具有类似运行方式,但也有一些关键性差异。

两种人机界面都采用一台PC作为开发系统的硬件。但PC人机界面的运行时目标平台是另一台PC或一个嵌入式人机界面平台,而嵌入式人机界面的目标平台是自动化组件。

因为与PC或嵌入式人机界面平台相比,自动化组件的计算资源少得多,所以必须进行调整。操作系统不是Windows这种通用软件,而是根据特定目的进行设计和配置。微软、Linux、VxWorks等都能为这类应用程序提供嵌入式操作系统。与PC操作系统不同,嵌入式操作系统是客户配置的,只将特定应用程序所需的部分操作系统下载到目标。这使其保持精简,还降低了目标平台对大量计算资源的需求。

嵌入式人机界面的软件本身就是PC或嵌入式人机界面的浓缩版,用于在嵌入式操作系统上运行,而且只占用极少的计算资源。

自动化组件供应商首先需要确保组件在操作系统、计算资源及其他规格等方面与嵌入式人机界面软件兼容。如果确定了兼容性,供应商就将嵌入式人机界面开发系统软件加载到一台PC,然后配置应用程序软件以提供所需的功能。

一旦配置成功,利用一个能模拟目标平台的功能就可以在PC上测试应用软件。测试之后应用程序被编译并下载到运行时目标。使用某些软件就无需在下载到目标之前进行编译,所以该项目在下载之前能保持平台独立性。

就像其他软件一样,维护与修改是必需的,而人机界面软件供应商会为自动化组件供应商提供这些支持服务。而供应商将根据需要更新组件中的嵌入式人机界面软件。

从机器或机器人OEM的角度来看,整个过程是透明的。对许多OEM来说最重要的变化是连接性选择范围的扩大,从最初的几个到现在的数百个。最明显的变化是操作界面,它现在更像是独立人机界面提供的先进功能。

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