GEC（General Embedded Controller，泛用型嵌入式控制器）的提出,主要目的在于以PC-Based為架構(gòu)，提供一個一般工業(yè)控制應用所需的系統(tǒng)開發(fā)平臺。 General（泛用型）代表著此控制器需能提供一般工業(yè)控制應用中所需的功能；Embedded（嵌入式）則代表控制器的外型經(jīng)過適當?shù)脑O(shè)計與處理后所需的安置空間不多，適合嵌入于各種機器或設(shè)備內(nèi)作為控制中樞之用；而Controller（控制器）則代表著此設(shè)備具備控制邏輯程序的執(zhí)行能力，系統(tǒng)開發(fā)者能在其上利用程序工具發(fā)展應用程序。 在計算機軟硬件及信息網(wǎng)絡(luò)應用技術(shù)的快速發(fā)展下，傳統(tǒng)的PLC控制器在軟件擴充性及網(wǎng)絡(luò)化方面往往捉襟見肘，新一代的控制器要求能夠在快速、易操作且低成本基礎(chǔ)上與不同系統(tǒng)作數(shù)據(jù)流的連接，以提升整體控制系統(tǒng)的功能與效率。 本文將就GEC的特性與架構(gòu)作出介紹，并且用一個真實的應用案例與讀者進行探討。 GEC系統(tǒng)架構(gòu) GEC控制器是一個PC-Based控制器，因此我們可將其拆解為軟件及硬件兩大部分（請參考圖一）。其中硬件部分又可劃分為中央處理器（CPU）及輸出入接口（I/O）兩大類，不同的應用需求對中央處理器和輸出入接口的要求各不相同。在軟件方面，操作系統(tǒng)的選用往往是決定日后控制器菜單能否符合需求的重要因素。 以下我們將針對這些部分逐一說明。 中央處理器（CPU） 計算機硬件架構(gòu)的核心是CPU，GEC控制器在CPU的選配上是以應用需求作為考慮重點。因為工業(yè)控制應用的范圍相當廣泛，從簡單的數(shù)字及模擬訊號控制到復雜的運動控制或影像監(jiān)測，所需的運算能力完全不同，因此針對不同的應用需求提供不同等級的CPU作配合選擇，才能提供系統(tǒng)開發(fā)者一個符合功能需求且成本合理的解決方案，GEC控制器即是在此概念下開發(fā)出來的產(chǎn)品。 外型架構(gòu)（Form Factor） 一般嵌入式工業(yè)控制應用對于空間限制的要求較多，因此GEC特別強調(diào)小體積設(shè)計及散熱能力。雖然GEC控制器的內(nèi)部空間并不寬裕，但其內(nèi)部總線仍采用工業(yè)標準，保留了最大的彈性及擴充性和周邊適配卡整合。 輸出入接口（I/O） GEC是泛用型嵌入式控制器，必須利用控制器內(nèi)部有限的空間及接口滿足最大多數(shù)客戶的應用需求，于是GEC提出了如下數(shù)種不同的輸出入接口，通過彼此搭配提供最大的配置彈性： 多軸運動控制接口（Motion Control Interface Module） 多信道影像采集接口（Video Capture Interface Module） 多串行端口接口（RS-232/422/485 Communication Interface Module） CAN Bus界面（CAN bus Communication Interface Module） 高速串行技術(shù)輸出入接口（High Speed Link Interface Module for DI/O and AI/O signal） 數(shù)字訊號控制接口（Digital I/O Control Interface Module） 遠程監(jiān)控模塊接口（Remote Control Interface Module） 操作系統(tǒng)的選用 操作系統(tǒng)負責掌管PC的核心作業(yè)及資源分派，不僅會影響系統(tǒng)執(zhí)行的效能更會影響整個應用軟件開發(fā)時的資源需求，因此系統(tǒng)開發(fā)者應針對不同的應用需求選擇適當?shù)牟僮飨到y(tǒng)搭配，考慮的重點一般為：系統(tǒng)穩(wěn)定性、"實時"能力、多任務(wù)能力、是否需支持人機界面或繪圖、所需儲存空間大小、總持有成本等等。 GEC控制器內(nèi)可搭配的操作系統(tǒng)包含下列數(shù)種： 1、Embedded NT/ Embedded XP Embedded NT/ Embedded XP的設(shè)計概念在于將一般的NT/ XP作模塊化分割，系統(tǒng)開發(fā)者只需要挑選所需的NT/ XP的功能模塊并將其組織起來，即可構(gòu)建一Embedded NT/ Embedded XP系統(tǒng)。模塊化架構(gòu)使系統(tǒng)開發(fā)者可以根據(jù)所挑選的功能模塊的多少決定儲存空間的大小。 Embedded XP系統(tǒng)與一般 Windows XP完全兼容，在Windows XP上編譯完成的控制程序直接拷貝至Embedded XP系統(tǒng)上即可執(zhí)行，因此系統(tǒng)開發(fā)者無需學習新的工具，大大降低了軟件開發(fā)成本。 2、Windows CE Windows CE操作系統(tǒng)所需的儲存空間比Embedded XP節(jié)省許多，一般而言64M的儲存空間即可構(gòu)建出一個Windows CE系統(tǒng)，若有特殊需求儲存空間還可以更小。此外，Windows CE還有強大的實時性功能和與Windows系統(tǒng)一致的人機界面。但是系統(tǒng)開發(fā)者需要注意，由于Windows CE架構(gòu)于嵌入式系統(tǒng)而Windows XP架構(gòu)于桌上型系統(tǒng)，因此兩者在軟件的開發(fā)流程上會有所不同。 在微軟的大力促銷下，Windows CE操作系統(tǒng)的授權(quán)成本相當便宜。 3、Linux Linux一向以穩(wěn)定性及免費授權(quán)的開放性著稱，在服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)應用上已有超過30%的市場占有率，但是在PC-based控制器應用上Linux仍處于萌芽階段。Linux 的實時性功能并不突出，其上層人機接口系統(tǒng)也并不廣為軟件工程師所熟悉，并且其開放性導致版本控制花費增加，在解決Bug以及后續(xù)維護上也較為困難。 但是Linux系統(tǒng)采用的是免費授權(quán)的方式，如果系統(tǒng)開發(fā)者本身已具備Linux系統(tǒng)核心的開發(fā)及維護能力，則可以采用Linux節(jié)省成本。 GEC應用實例介紹——隧道遠程監(jiān)控系統(tǒng) 應用背景簡述 我國臺灣地區(qū)多山并且市區(qū)土地利用率高，因此隧道一直是交通運輸網(wǎng)絡(luò)的重要部分。由于潮濕、空氣流通不暢以及交通工具運行時排出的大量廢氣會成為安全隱患，因此需要對隧道內(nèi)空氣品質(zhì)進行監(jiān)控調(diào)節(jié)。 以往，此類型的監(jiān)控工程都是使用PLC系統(tǒng)，但是PLC 的"固定時間"方式無法真正管控隧道環(huán)境并做出適時適度的調(diào)節(jié)，并且PLC在進行系統(tǒng)擴充和建置管控點信息傳輸與交換系統(tǒng)時需要花費相當大的成本。相比較而言，一般工業(yè)計算機應當是取代PLC的一個解決方案，但考慮到隧道內(nèi)長時間的惡劣環(huán)境，凌華科技認為一般的工業(yè)計算機很難勝任。 解決方案 與專業(yè)人員溝通并了解現(xiàn)場狀況后，凌華科技提出了使用GEC控制器的建議。 凌華科技依據(jù)中控中心信息系統(tǒng)所要求的信息反應時間為基礎(chǔ)，將整個隧道監(jiān)控系統(tǒng)劃分為數(shù)十個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)使用一臺GEC控制器（凌華科技的GEME-1000）作為現(xiàn)場的監(jiān)控中樞。子系統(tǒng)周遭隧道現(xiàn)場的管控點用凌華科技的NuDAM-6000遠程控制模塊系列進行數(shù)據(jù)采集，GEME-1000則透過其串行接口與NuDAM-6000遠程控制模塊結(jié)合進行數(shù)據(jù)傳輸。GEC控制器與中控中心信息系統(tǒng)的連接則是透過Microsoft主導的OPC Server/Client 傳輸協(xié)議在100MBps的以太網(wǎng)絡(luò)下進行數(shù)據(jù)傳輸。 凌華科技為GEC控制器配置了CF卡并內(nèi)建一個Embedded XP操作系統(tǒng)，CF卡的所提供的插針式接口，在可靠度、防震性及穩(wěn)定度上均比一般的硬盤機好，能夠適應隧道現(xiàn)場的惡劣環(huán)境；而建置Embedded XP操作系統(tǒng)主要是考慮到Windows軟件資源以及與中空中心信息系統(tǒng)的兼容性。 這套系統(tǒng)比傳統(tǒng)PLC系統(tǒng)的后續(xù)硬件維護更加簡便，成本更加節(jié)省，系統(tǒng)開發(fā)者利用Embedded XP操作系統(tǒng)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)傳輸和檔案分享功能在中控中心就可以透過計算機網(wǎng)絡(luò)進行GEC控制器內(nèi)控制程序的更換 結(jié)論 隨著計算機軟硬件及網(wǎng)絡(luò)科技的進步，過去的許多夢想正在成為現(xiàn)實，GEC概念的提出正也是這一科技發(fā)展趨勢下的產(chǎn)物。 嵌入式應用概念衍生出GEC控制器小空間需求的外型設(shè)計；多樣化的中央處理器及數(shù)據(jù)儲存裝置的選配、完整的附加硬件接口裝置，使得GEC控制器可針對實際應用選擇適當且成本合理的硬件配備；嵌入式操作系統(tǒng)技術(shù)的成熟又讓系統(tǒng)開發(fā)者可針對應用需求及本身技術(shù)能力，自由選擇Embedded XP、WinCE或者Linux。 技術(shù)的成熟化解了過去的種種限制，剩下的問題就是如何為您的應用系統(tǒng)挑選一套適合的硬件配備。