嵌入式网络技术在工业远程监控中的应用研究
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摘要
随着计算机、通信、自动控制、微电子等技术的发展，人们对工业生产的智能化提出越来越高的要求，远程监控工业设备势必将成为发展趋势，我们希望能对系统设备的工作状况远程进行实时监测和控制，这一目标的实现对控制网络在开放性、互连性、分散性等方面提出了更高的要求。由于工业现场目前广泛应用的PLC网络和现场总线自身技术的局限性以及多种总线标准分割共存局面的存在，限制了工控领域网络化的进一步应用。这种局限性促使了以太网和工业现场总线网络混合控制网络体系的出现。随着制造工艺的进步，嵌入式控制芯片的成本越来越低，功能却越来越强大，不仅解决了嵌入式微控制器与Internet连接的技术问题，同时也使得这种连接费用降低到工业控制完全可以接受的程度。这促使了基于嵌入式Internet的远程监控技术的出现。
本论文适应当今工控行业对于远程监控的需要，以黄石某自控公司圆网印花机远程监控课题为背景研究嵌入式网络技术在工业远程监控中的应用，主要介绍以Motorola coldfire 5307作为cpu的嵌入式监控服务器设计方案，论文中对硬件系统中存储器接口、网络接口和CAN扩展卡设计等关键部分的设计做了分析，该服务器使用专用于微控制领域的uClinux作为操作系统，论文对uClinux操作系统的移植及应用程序和驱动程序的添加，包括uClinux的裁减，Bootloader技术，及如何形成一个完整的通用嵌入式平台做了介绍，嵌入式服务器通过以太网口和串口的PPP拨号连接两种接口与远程客户机通信，使其能适应更复杂的现场环境，文中介绍了串口PPP拨号实现网络通信的原理和嵌入式系统中如何实现PPP拨号连接的服务程序。在实现了通用嵌入式服务器平台的基础上，针对不同应用场合，论文还讨论了以C／S模式和B／S与C／S结合模式的两种监控系统设计方案。这两种方案各有特色均能满足该项目目前和将来设备改型的需求。
论文最后提出了针对圆网印花机设备的嵌入式网络监控的完整实现方案，通过这种技术可以将一台台孤立的现场设备(PLC和CAN总线设备)和设备工程师以及企业管理人员均作为一个网络节点通过以太网有机地连接在一起，形成一个整体，实现了现场设备到管理层的直接通信。使设备的控制与维护由过去那种封闭、各行其是的管理模式逐步向开放、共享、合作的新型管理模式转变，并最终实现企业控制、管理信息的无缝集成。
With the rapid evolvement of the technologies of computer, communication, and industry control, People hope our industry equipment can be more intelligent, the technology of industry remote control is the development trend, we hope we can control or control the equipment in the factory which far away from us. To realize the aim need control net more opening , more intercommunicating and more distracting ,but the technology of PLC net and CAN bus which widely used in factory have localization, they can not fit the new development of factory control net, fortunately the technology of Ethernet used in factory control appear. With the development of techniques, the embedded control chip become more cheap and more powerful, it can easily connect to internet and low price can easily be accepted, it make the technology of remote control based on embedded become focus recently.The paper focus on the technology of remote control in industry field, our background is a task of remote controlling round-net printer. In this paper we will mainly introduce the control server designer which use Motorola coldfire 5307 as CPU, how to design the memory interface, net interface and CAN bus card and so on will be mentioned, the OS of this control server is uClinux which is wholly used in micro-control field, how to transplant this OS and how to add application and how to finish a all-purpose embedded design system will appear in this paper. The server communication with client uses two modes: Ethernet and PPP port, this kind design can let the server work in more complex field. At the same time the paper discuss the theory of PPP dial-up communication and how to realize it in uClinux in detail, to let the embedded remote control server fit the demand of tomorrow we discuss two system designs: the C/S mode and the mode of B/S combine C/S.At the end we give a integrate design of remote control for round-net printer, by this technology we can make the equipments(PLCs or CAN bus modules) , engineers and managers as a net node of Ethernet, let all of them become more incorporate, the manager far away from equpmnet can communication with devices directly ,it change the manage mode from isolation and close to open and cooperate. Make enterprise management and communication more powerful.
本论文适应当今工控行业对于远程监控的需要，以黄石某自控公司圆网印花机远程监控课题为背景研究嵌入式网络技术在工业远程监控中的应用，主要介绍以Motorola coldfire 5307作为cpu的嵌入式监控服务器设计方案，论文中对硬件系统中存储器接口、网络接口和CAN扩展卡设计等关键部分的设计做了分析，该服务器使用专用于微控制领域的uClinux作为操作系统，论文对uClinux操作系统的移植及应用程序和驱动程序的添加，包括uClinux的裁减，Bootloader技术，及如何形成一个完整的通用嵌入式平台做了介绍，嵌入式服务器通过以太网口和串口的PPP拨号连接两种接口与远程客户机通信，使其能适应更复杂的现场环境，文中介绍了串口PPP拨号实现网络通信的原理和嵌入式系统中如何实现PPP拨号连接的服务程序。在实现了通用嵌入式服务器平台的基础上，针对不同应用场合，论文还讨论了以C／S模式和B／S与C／S结合模式的两种监控系统设计方案。这两种方案各有特色均能满足该项目目前和将来设备改型的需求。
论文最后提出了针对圆网印花机设备的嵌入式网络监控的完整实现方案，通过这种技术可以将一台台孤立的现场设备(PLC和CAN总线设备)和设备工程师以及企业管理人员均作为一个网络节点通过以太网有机地连接在一起，形成一个整体，实现了现场设备到管理层的直接通信。使设备的控制与维护由过去那种封闭、各行其是的管理模式逐步向开放、共享、合作的新型管理模式转变，并最终实现企业控制、管理信息的无缝集成。
With the rapid evolvement of the technologies of computer, communication, and industry control, People hope our industry equipment can be more intelligent, the technology of industry remote control is the development trend, we hope we can control or control the equipment in the factory which far away from us. To realize the aim need control net more opening , more intercommunicating and more distracting ,but the technology of PLC net and CAN bus which widely used in factory have localization, they can not fit the new development of factory control net, fortunately the technology of Ethernet used in factory control appear. With the development of techniques, the embedded control chip become more cheap and more powerful, it can easily connect to internet and low price can easily be accepted, it make the technology of remote control based on embedded become focus recently.The paper focus on the technology of remote control in industry field, our background is a task of remote controlling round-net printer. In this paper we will mainly introduce the control server designer which use Motorola coldfire 5307 as CPU, how to design the memory interface, net interface and CAN bus card and so on will be mentioned, the OS of this control server is uClinux which is wholly used in micro-control field, how to transplant this OS and how to add application and how to finish a all-purpose embedded design system will appear in this paper. The server communication with client uses two modes: Ethernet and PPP port, this kind design can let the server work in more complex field. At the same time the paper discuss the theory of PPP dial-up communication and how to realize it in uClinux in detail, to let the embedded remote control server fit the demand of tomorrow we discuss two system designs: the C/S mode and the mode of B/S combine C/S.At the end we give a integrate design of remote control for round-net printer, by this technology we can make the equipments(PLCs or CAN bus modules) , engineers and managers as a net node of Ethernet, let all of them become more incorporate, the manager far away from equpmnet can communication with devices directly ,it change the manage mode from isolation and close to open and cooperate. Make enterprise management and communication more powerful.
引文
[1] 陶波，丁汉，熊有伦．基于嵌入式Internet的工业控制 测控技术，2001：1～3
[2] 何立民 嵌入式系统的定义与发展历史 嵌入式技术北京航空航天大学 2002：2
[3] 郑文波．网络技术与控制系统的技术创新[J]．测控技术，2000，19(6)
[4] 高伟华．杨子军 嵌入式操作系统的研究现状及发展趋势 黑龙江电力 2002，10：3
[5] 林建民．入式操作系统技术发展趋势计算机工程 2001，10：6
[6] MCF5307 Integrated Microprocessor Product Brif MOTOROLA C0 2002
[7] 薛涛 基于ColdFire5307和MC68HC908AP64的嵌入式网络控制系统 清华大学硕士论文 2003，6
[8] 沉亚光 CAN总线在综合录井仪中的应用 中国录井网 2003
[9] 林强，阳宪惠，徐用懋．现场总线及其网络集成[J] 测控技术，1999，18(5)
[10] 华恒科技HHCF5272-LCD-IDE-Rl技术手册 合肥华恒公司2002，11
[11] RTL8019AS Realtek Full-Duplex Ethernet Controller with Plug and PlayFunction (RealPNP) REALTEK SEMI-CONDUCTOR CO., LTD 2001, 5
[12] 黎洪生 杜飞 曹文 基子CAN总线的分布式网架健康状态监测系统的设计 2004，11
[13] 朱颖 黄光明 Motorola微处理器的Bootloader分析与应用 单片机及嵌入式系统应用2004，9：2～5
[14] LINUX设备驱动 ALESSANDRO RUBINI着LISOLEG译
L15] 赵明．Linux下的硬件驱动—USB设备 联想研发中心嵌入式研发处IBM网站 2001
[15] 周巍松．Linux系统分析与高级编程技术
[16] Linux Kernel-2．4．20源码和文档说明
[17] 魏永明 骆刚．姜君译 linux设备驱动程序第二版 中国电力出版社 2002。11
[18] 曾桂根范 冬萍 PPP(点对点协议)的实现江苏通信 2001，10
[19] RFC 1661-The Point-to-Point Protocol (PPP)
[20] 郑存红 基于Interner的远程监控技术研究 武汉理工大学硕士学位论文 2002
[21] 唐涛等译．客户／服务器系统入门必读 北京：电子工业出版社1995，6
[22] 邱洪泽，吴晔．马绍汉 基于客户／服务器模式的网络通讯研究．微电子学与计算机1996．2
[23] 王喜富，陈建广．基于B／S与C／S模式的铁路运输安全管理信息系统安全文化网 2004
[24] Java开发工具与开发环境问答 www. yourblog. com 2004, 5
[25] 邵辉，蔡林沁．基于B／S与C／S的煤矿安全管理信息系统开发研究[J]．矿业安全与环保，2002，29
[26] JalalFeghhi．怎样用JavaBeans开发Web．北京：机械工业出版社，1998
[27] 李庆明．网络服务器的建立、调试与管理．北京：科学出版社，1998
[28] 王炜．JavaBEANS组件程序设计．北京：清华大学出版S组件程序设计．北京：清华大学出版社，1999
[29] 刘国梅，郑安平．uClinux下动态Web技术的实现方法单片机与嵌入式系统应用，2004
[30] 汤毅里 计算机用网络编程11 人民邮电出版社，1993，3
[31] Warren W．Gay．实战Linux Socket编程．西安电子科技大学出版社，2002
[32] 探夕工作室着．嵌入式开发系统开发圣经．中国青年出版社，2002．4
[33] DANIEL P．BOVET&MARCO CHSATI．深入理解LINUX内核．中国电力出版社，2004，6
[34] 高鹏，安涛，寇怀成．电路设计与制版—PROTEL 99入门与提高 人民邮电出版社，2003
[35] 曾峰，候亚宁，曾凡雨．印刷电路板设计与制作．电子工业出版社，2002，8
[36] 阳宪惠．工业数据通信与控制网络．清华大学出版社，2002．6
[37] Rob Scrimger. TCP/IP Bible Publishing House of Eletronics Industry, 2002
[38] 罗雷．嵌入式实时操作系统及应用开发．北京航空航天大学出版社，2004
[39] David R．Butenhof．多线程程序设计．中国电力出版社，2003
[40] Gilbert Held. Data Communications (Sixth Edition), New Riders Publishing, 1999
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