隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )信息技術(shù)、工業(yè)控制的不斷發(fā)展，遠程監控應用領(lǐng)域不斷拓寬，特別是實(shí)現現場(chǎng)控制嵌入式智能設備的通信和配置診斷，通過(guò)這些智能設備所提供的通信接口直接利用Internet將其接入集中監控管理系統，采用Web Sever訪(fǎng)問(wèn)技術(shù)，在遠程實(shí)時(shí)獲取設備運行的各種參數和實(shí)時(shí)數據，發(fā)送遙控命令，配置參數，獲取設備的報警信息和運行狀態(tài)等方面，具有深刻的現實(shí)意義和長(cháng)遠意義。PROFINET是一種最新的實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，可以提供辦公室和自動(dòng)化領(lǐng)域的開(kāi)放、一致連接，是實(shí)現工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通信的主流技術(shù)之一。德國赫優(yōu)訊netX中包含EtherCAT、CANopen、Modbus、PROFINET等現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議，是一種高度集成的網(wǎng)絡(luò )控制器，具有全新的系統優(yōu)化結構，適合工業(yè)通信及大規模數據吞吐；研究基于netX片上系統（netX Soc）實(shí)現PROFINET實(shí)時(shí)以太網(wǎng)接入、本地數據快速處理、數據存貯技術(shù)及基于Web Server的遠程數據訪(fǎng)問(wèn)，以便為一些工業(yè)實(shí)時(shí)通信控制提供良好的解決策略。

　　1．系統結構

　　圖1為分布式遠程數據采集系統的網(wǎng)絡(luò )結構，包括多個(gè)與主站掛接的NXIO（赫優(yōu)訊實(shí)時(shí)以太網(wǎng)從站IO測試板），通過(guò)PROFINET實(shí)時(shí)以太網(wǎng)把若干個(gè)嵌入式控制器與主站監控計算機連接，然后再將主站監控計算機接入Internet，監控計算機將數據實(shí)時(shí)發(fā)送到數據庫服務(wù)器，同時(shí)將采集到的從站數據和監控信息可以發(fā)布出去。另外，主站監控計算機還可以通過(guò)RS-232總線(xiàn)與NXIO從站實(shí)現數據采集和控制處理。采用該方式，用戶(hù)無(wú)論在多遠，只要能夠連接到Internet，就可以通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)所有控制設備的實(shí)時(shí)和歷史數據。

　　數據庫服務(wù)器用來(lái)存儲采集到的從站數據及相關(guān)的配置數據，供主站監控計算機運行時(shí)讀取和寫(xiě)入并設置其自身的工作狀態(tài)。管理員可通過(guò)瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)和修改數據庫中的參數。Web應用程序服務(wù)器實(shí)現數據在網(wǎng)絡(luò )上的發(fā)布，接受在Internet上的任一用戶(hù)查詢(xún)?yōu)g覽，并允許授權用戶(hù)更改監控主站計算機工作參數，存儲在數據庫服務(wù)器上。有用戶(hù)請求時(shí)，Web應用程序服務(wù)器通過(guò)Internet從數據庫服務(wù)器中讀取用戶(hù)請求數據，再通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò )把這些數據發(fā)送到請求數據用戶(hù)，用戶(hù)的一些參數設置信息保存到數據庫服務(wù)器上，或通過(guò)netX主站將配置信息下達到NXIO從站。

　　2．netX SoC主從站間數據通信設計

　　2.1 系統設計思路及程序部署

　　利用赫優(yōu)訊cifX實(shí)時(shí)以太網(wǎng)主站板卡、赫優(yōu)訊實(shí)時(shí)以太網(wǎng)從站IO測試板NXIO，搭建PROFINET實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通信平臺，實(shí)現主從站PROFINET網(wǎng)絡(luò )通信及相應通信程序設計。圖2描述了主從站間基于PROFINET和RS232通信的主從站的控制程序、NXIO從站基于rcX嵌入式系統下的實(shí)時(shí)控制任務(wù)程序、數據存儲及Web方式下的數據訪(fǎng)問(wèn)程序的部署。

　　2.2 系統程序主要功能描述

　　1) 主站W(wǎng)eb Server界面控制顯示程序：由ASP．Net設計的主站W(wǎng)eb Server界面程序，監控從站按鈕、指示燈狀態(tài)，同時(shí)實(shí)現主從站通信參數配置，并實(shí)現與主站通信程序的數據交互。

　　2) 主站數據通信程序：SYCON.net系統配置軟件實(shí)現對卡驅動(dòng)、網(wǎng)絡(luò )診斷并實(shí)現主從站PROFINET通信，另外，采用C#串口通信類(lèi)事件驅動(dòng)完成基于RS232通信下對從站串口通信的配置和數據交互。

　　3) 從站循環(huán)掃描控制IO程序：基于rcX實(shí)時(shí)操作系統，通過(guò)調用板級支持包中的系統函數實(shí)現IO控制。

　　4) 從站數據通信程序：基于BSP、串口通信協(xié)議和PROFINET IO協(xié)議棧實(shí)現與主站的通信。

　　5) 從站間多任務(wù)數據交互：從站控制作業(yè)如LED控制任務(wù)與通信任務(wù)采用信號量通信的方式獲得共享內存區（ARM數據POOL）的訪(fǎng)問(wèn)權限，實(shí)現任務(wù)間的數據交互。

　　3．netX SoC主從站數據通信及Web訪(fǎng)問(wèn)設計

　　3.1 主從站通信配置

　　SYCON.net是基于現場(chǎng)設備工具（FDT）／設備類(lèi)型管理器（DTM）技術(shù)的配置工具。FDT不依賴(lài)通信協(xié)議及主機系統或現場(chǎng)設備的軟件環(huán)境，它具有標準的接口規范，對智能儀表實(shí)現綜合集成；DTM可以實(shí)現設備的驅動(dòng)、設置及通信，在FDT下運行。采用FDT／DTM可提高系統對現場(chǎng)設備進(jìn)行診斷和維護的能力，實(shí)現快速響應，提高系統的安全性和可靠性。如圖3所示，SYCON.net配置工具可以實(shí)現PROFINET IO網(wǎng)絡(luò )配置、連接、診斷和相關(guān)NXD配置文件的導出。方式是在SYCON.net配置工具中，在右側Hilscher GmbH列表中選擇Master文件夾中的netX500 PNM模塊拖到左側網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)上。同樣的方法可以將NXIO從站加入到左側主站網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)上，并利用DTM配置相應的主從站。對于其他廠(chǎng)家的從站設備，需要加入設備的GSD文件。

　　3.2 主站通信設計

　　主站通信利用C-Toolkit配置cifX卡，包括初始化、內存操作、字符操作、事件處理、文件處理、同步定時(shí)、PLC的配置讀寫(xiě)等，如圖4所示。Visual Studio.NET平臺下，采用C#（C-sharp）結合C-Toolkit下提供的關(guān)于cifX卡固件加載的Lab文件、API函數及通信授權協(xié)議實(shí)現主站通信程序的設計，包括從站數據并入庫、向從站發(fā)送相關(guān)的配置信息等。圖5是串口通信類(lèi)事件驅動(dòng)完成對NXIO從站串口通信的配置，以及通過(guò)RS-232實(shí)現控制從站IO接口的開(kāi)關(guān)及LED狀態(tài)顯示，同時(shí)程序包含Socket類(lèi)實(shí)現接受Web下發(fā)的從站配置和控制信息。

　　主站通信網(wǎng)絡(luò )程序中定義Socket類(lèi)，用于監聽(tīng)Web頁(yè)面上客戶(hù)端發(fā)送的配置信息。如下是主站Socket通信部分代碼：

　　3.3 Web控制及配置程序設計

　　基于VisualStudio.Net開(kāi)發(fā)平臺，實(shí)現Web Server服務(wù)器對Slave Device NXIO的串口配置及LED燈的監控。圖6是二號從站LED燈控制的一個(gè)測試界面。Web頁(yè)面封裝一個(gè)含有Socket的ActiveX控件：用于與服務(wù)器端的Socket通信，當配置從站信息和接受從站采集信息，觸發(fā)事件并實(shí)現數據交互。Web方式不適合實(shí)時(shí)監控數據的實(shí)時(shí)查詢(xún)顯示，可用Web頁(yè)面刷新方式查詢(xún)各個(gè)監控點(diǎn)的數據狀態(tài)。如每?jì)擅胨⑿乱淮伪O控頁(yè)面，則可在HTML文件中加入代碼：<meta http-equiv="refresh"content="2">。

　　4．netX SoC從站系統技術(shù)研究

　　4.1 嵌入式netX硬件平臺的通信設計

　　netX嵌入系統用戶(hù)程序包括實(shí)時(shí)通信和控制程序。在rcX嵌入式下進(jìn)行實(shí)時(shí)通信程序和控制程序設計，實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統中依據時(shí)間片和中斷進(jìn)行任務(wù)調度。圖7為NXIO從站軟件系統架構。實(shí)時(shí)通信程序和控制程序可通過(guò)雙端口內存（DPM）交換數據，相對獨立；實(shí)時(shí)通信程序采用消息通信機制時(shí)，利用接收發(fā)送標志位可提高通信數據的完整性。

　　4.2 netX從站程序設計及實(shí)現

　　從站控制程序是基于rcX實(shí)時(shí)操作系統，通過(guò)調用板級支持包中的系統函數實(shí)現IO控制、串口通信程序以及基于PROFINET實(shí)時(shí)通信程序的設計。從站的實(shí)現流程如下：在Hitop IDE開(kāi)發(fā)環(huán)境下完成硬件初始化，主函數實(shí)現任務(wù)的初始化及配置，LED控制任務(wù)、串口通信任務(wù)、PROFINET實(shí)時(shí)通信及各個(gè)任務(wù)間的調度，實(shí)現程序下載并駐留到在rcX嵌入式控制器中。從站通信及控制程序的軟件層次如圖8所示。

　　5．結論
　　
　　通過(guò)NetX SoC配置PROFINET協(xié)議棧等通信技術(shù)研究，實(shí)現了PROFINET實(shí)時(shí)以太網(wǎng)接入、NetX SoC主從站間PROFINET和UART數據通信，以及Web方式下依托控制主站對從站實(shí)施遠程配置管理及監控，為采用PROFINET實(shí)現遠程控制、監管提供了一種可行的技術(shù)解決方案。