工业控制与嵌入式系统的应用研究论述

汪 科

湖南铁道职业技术学院牵引与动力学院，湖南 株洲 412001



工业控制与嵌入式系统的应用研究论述

汪 科*

湖南铁道职业技术学院牵引与动力学院，湖南 株洲 412001

嵌入式控制系统是一种面向具体应用的将底层设备、系统和应用软件结合起来的专用计算机系统，其当前已经应用于各种工业控制之中。然而，在工业发展的过程中，其或多或少受到了传统工业运行模式的限制，这就使得当前的嵌入式系统在工业控制中的应用，还存在一定的瑕疵，面对该种状况，必须要针对嵌入式系统在工业控制中的应用范围以及其应用模式加以分析，并且，就当前的应用不足，提出对应的建议，为嵌入式系统在工业控制中的应用提供一定的帮助。

嵌入式控制系统；工程机械；控制

一、嵌入式系统的内涵

(一)定义

嵌入式系统(Embedded system)，其是一种“完全嵌入受控器件内部，其为特定应用所设计的特殊计算机系统”。通俗而言，就是传统的控制系统都是辅助性系统，其独立于设备外部，在整个控制中，需要一定的人工操作。而嵌入式系统，其进入工业控制系统内部，成为设备的组成部分。在当前工业生产中，嵌入式系统被定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件均进行调整，适用于对工业生产功能、可靠性、成本等多个方面进行控制的一个专用计算机系统。

(二)特点与结构

当前，嵌入式系统已经被广泛应用于电子消费、通信系统、国防等领域。在个人领域中，嵌入式产品主要是用于数据处理和通信软件。而对于企业来说，其适用于企业整个运行之中。相对普遍的嵌入式系统，例如ATM机、自动售货机等，还有一些便携式的通讯设备，其均为嵌入式控制系统。其特点为：系统内核小、专用性强、系统精简、多任务高实时性、专用性。

就目前来说，其主要由嵌入式处理器、外国硬件设备、嵌入式操作系统以及用户应用程序四个部分组成。如图1。

二、工业控制解析

工业控制网络是由传感器、执行器、显示和数据记录等多个设备组成，其主要用于监视和控制电气设备的系统。一般来说，在生产中，工业控制系统其能够解决一些基础性的问题。除非遇到系统难以解决无法自愈的故障，方可需要人工干预排除。在控制网络中，其采集了基本的生产信息，并且，输入了模拟量。在整个运用中，其能够根据参数的大小与具体状态进行生产。同时，工业控制系统的可靠性与实时性均相对较好。在控制网络数据通信时，其以引发物质或者能量作为最终目标。在整个运用过程中，其能够对生产中发生的事件，进行实时收集与处理，从这点上来说，其数据的完整性与准确性，能够得到保障。工业控制系统其本身是在网络发展的背景下，逐渐产生。目前，其已经从最初的CCS到DCS，发展到如今的FCS。由此可以看出，当前工业控制更加关注生产中产生的问题，其侧重于实践。这与传统的统一控制，存在严重的差异。因此，在引入嵌入式系统时，其必须要保证整个控制系统的应对能力，以达到控制与现场的一致性。

三、嵌入式系统在工业控制中应用的具体设计

(一)处理器选择

处理器是整个控制系统的核心，不同的处理器，将会对控制系统产生不同的影响。在工业控制系统中，必须要保证控制系统与其生产目标一致。目前，嵌入式处理器主要分为：嵌入式微控制器、嵌入式DSP、嵌入式上系统SOC。尤其是随着工业控制对嵌入式控制系统要求的不断提高。传统的控制算法实用性欠缺，当前控制算法的复杂度提高。其中，以ARM微处理器应用最为广泛。该处理器充分的进入了工业生产的各个环节。因此，在工业控制使用嵌入式系统时，也需要以该种处理器作为主要环节。但是，在某些状况下，也需要根据生产状况进行挑选。例如，Philips公司的LPC2880芯片，其就是属于该类型的处理器。

(二)电源电路设计

在电源电路设计上，必须要达到两个基本要求，第一，电流限制；第二，热保护功能。在上文中选取的是LPC2880芯片，该芯片运作电压为1.8v，I/O接口的工作电压为3.3V，用高电压来对其进行判断。故而，在整个电路设计中，其电压需要保持在3.3V。在实现方法上，也需要以该电压为基础。

(三)系统电路设计

嵌入式控制系统往往是由市场所决定，在整个工业控制的过程中，其器械价格相对较高。因此，在嵌入式系统设计时，其时钟电路的功能也相对较好。其具有控制运行时间、提高运用者的时间意识。在选用LPC2880芯片处理器时，通过内部PLL电路来调整其系统时钟，能够有效地保证其系统运行的速度，使之频率达到更高。

(四)操作系统设计

一般来说，实时操作系统其应该是在处理器之上。因此，操作系统在应用之前，必须要将其移植到处理器上。尤其是，嵌入式系统与硬件关系密切，处理器也必须要满足几个要求：第一，C编译器能够产生重入代码，在程序中充分获得处理器的支持，实现定时中断。第二，编译器相关数据类型、常量值等，均需要根据其实际需求来确定。从而编写与处理器相关的函数。

(五)人机交互模块设计

在嵌入式工业控制系统中，其大量的生产控制信息实际上都是由操作人员所操控。这些信息在控制系统的LED面板上实现。故而，控制系统中需要为人工操作留出空间。

四、结束语

随着现代经济的不断发展，工业生产规模也逐渐扩大。传统工业以人工操作与控制为主，无法满足其生产需求。自动控制在这种状况逐渐产生，为工业生产提供了极大的便利。而随着其进一步发展，其对于控制系统的实时性、可靠性要求更高。嵌入式系统的引入，使得工业控制系统细微化，其能够保证其控制的准确性，实现了快速反应与规模化生产，其对于现代化工业生产具有极其重要的意义。

[1]张志杰.嵌入式系统在工业控制中的应用[D].电子科技大学，2005.

[2]李会，邬迪.嵌入式系统在工业控制中的应用[J].微计算机信息，2007，02：47-49.

[3]高勇.嵌入式系统在工业控制应用中的研究[D].武汉科技大学，2007.

汪科(1978-)，男，湖北武汉人，硕士，湖南铁道职业技术学院牵引与动力学院，讲师，研究方向：电气工程。

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