工业嵌入式主机定义和实际应用I小型工控机

工业嵌入式主机是为了满足工业现场需求而设计的紧凑型结构的工业计算机。这类主机在命名上也被称为box、盒子机、无风扇工控机或小型工控机。其应用领域广泛，常见于各类工业场景，其设计注重防尘、抗震、防潮、防腐蚀、抗干扰等特性，以满足数据安全性的高要求。在使用环境方面，工业嵌入式主机在各种工业场景中运行，并对数据的安全性提出高要求。因此，在研发设计中，通常采用防尘、抗震、防潮、防腐蚀、抗干扰等设计开发。工业嵌入式主机对扩展性的要求很高，其接口设计需要满足特定的外部设备。然而，由于工业嵌入式主机的体积较小，不能额外增加，因此在大多数情况下需要单独定制以满足具体需求。

工业嵌入式主机的特点包括：采用全金属外壳闭封设计，具备抗震、防尘、防潮、抗电磁干预等特性；无风扇设计，通过金属外壳散热，保持静音且能有效降低故障率；配备可靠的工业电源，并具有过流和过压保护功能；具备诊断功能，并内置“看门狗”死机故障可自行复位。

艾控工控目前在智慧交通行业中使用工业嵌入式主机的一个应用实例是全自动电子收费系统，尤其是高速ETC收费系统。这一系统采用车辆自动识别技术，通过与收费站之间的无线数据通讯，实现车辆识别感应和收费数据的交换。通过通讯网络进行收费数据的处理，该系统可以实现不停车、无需收费窗口的全自动电子收费。在这个应用中，工业嵌入式主机主要应用于高速收费站的车道收费系统，通过串口、DIO及视频采集卡对各种设备进行一体化控制，实现了车辆通行的目的。对于这类集成化一体化设计的应用，工业嵌入式主机以其小型化、集成化和宽温无风扇设计的特点，能够更好地满足现场应用的需求，提高长期运行需求的可靠性和稳定性。

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1 PROFINETIO概述

PROFINET是一种用于工业自动化领域的创新、开放式以太网标准（IEC61158）。使用PROFINET，设备可以从现场级连接到管理级。

• PROFINET用于自动化的开放式工业以太网标准。

• PROFINET基于工业以太网。

• PROFINET采用TCP/IP和IT标准。

• PROFINET是一种实时以太网。

• PROFINET实现现场总线系统的无缝集成。

通过PROFINET，分布式现场设备（如现场IO设备，例如信号模板）可直接连接到工业以太网，与PLC等设备通讯。并且可以达到与现场总线相同或更优越的响应时间，其典型的响应时间在10ms的数量级，完全满足现场级的使用。

在使用Step7 进行组态的过程中，这些现场设备（IOdevice, IO设备）制定由一个中央控制器(IOcontroller, IO控制器)。借助于具有PROFINET的能力接口或代理服务器，现有的模板或设备仍可以继续使用，从而保护PROFIBUS用户的投资。

IOSupervisor（IO监视设备）用于HMI和诊断。

在PROFINET的结构中，PROFINETIO是一个执行模块化，分布式应用的通讯概念。 PROFINETIO能让您从您所熟悉的PROFIBUS一样，创造出自动化的解决方案。所以不管您组态PROFINETIO或PROFIBUS，在STEP7中有着相同的应用程序外观

2 PROFINETIO现场设备简介

以下SIMATIC产品用于PROFINET分布式设备：

• IM151-3 PN 作为IO设备直接连接ET200S的接口模块。

•CPU317-2DP/PN或CPU315-2DP/PN作为IO控制器的CPU模块，用于处理过程信号和直接将现场设备连接到工业以太网。

• IE/PBLINKPNIO将现有的PROFIBUS设备透明的连接到PROFINET的代理设备。

• IWLAN/PBLINKPNIO将PROFIBUS设备通过无线的方式透明的连接到PROFINET的代理设备。

•CP343-1用于连接S7-300到PROFINET，连接现场设备的通讯处理器。

•CP443-1 Advanced用于连接S7-400到PROFINET，连接现场设备并带有集成的WEB服务器和集成的交换机的通讯处理器。

•CP1616可作为IO设备。用于连接PC到PROFINET，连接现场设备并带有集成交换机的通讯处理器。

• SOFTPNIO作为IO控制器，用于运行编程器或PC的通讯软件。

• STEP7用于已有的PROFIBUS进行传统方式组态PROFINET

3 PNIO组态

PROFINETIO的IO现场设备在PROFINET上有着相同的等级，在网络组态时分配给一个IO控制器。现场IO设备的文件描述定义在GSD(XML)文件。

1. 导入GSD文件，并在Step7中进行硬件组态

2. 编写相关程序，下载到IO控制器中

3. IO控制器和IO设备自动的交换数据

3.1本例设备简介

4 PNIO的组态步骤

4.1 打开Step7软件

在桌面上选择Step7图标SIMATIC Manager，并双击。

4.2 新新建建一一个个项项目目

点击工具栏中的按钮，弹出Newproject(新建项目)对话框。在Name: 栏中写入要新建的工程名，PNController_IODevice1。

点击“OK”按钮，在SIMATIC Manager中新建了该工程。

4.3 添加IOController

在SIMATIC Manager左侧栏内，右键点击，弹出菜单，插入一个S7-300站。

将站加进程序中

点击硬件组态

右侧栏内为产品分类，点击SIMATIC 300图标的+号。找到RACK300的机架Rail，用鼠标托拽到左上侧的空白栏内。

在这个机架中添加IO控制器的CPU模块，找到CPU-300的CPU315-2PN/DP的版本V2.6，使用鼠标托拽到机架的2号槽中。

加进去的时候弹出网络配置，点击“NEW”按钮，增加新网络。

点击OK,可以看到PLC已经添加完成，并且在软件里可以看到PROFINET的标志。

4.5 对IODevice进进行行硬硬件件组组态态

在这个子网Ethernet(1)中，配置另外两个IO设备站，配置IO设备站与配置PROFIBUS从站类似。同样在右侧的栏内找到需要组态的PROFINETIO的ET200S的标

识，并且找到与相应的硬件相同的订货号的ET200S接口模块。

用鼠标双击(1)IM151-3图标，弹出该ET200S的属性界面。可以看到对于ET200S的简单描述，订货号，设备名称，设备号码和IP地址。其中Device Name设备名

称可以根据工艺的需要来自行修改，这里改为ET200S1。Device Number设备号码用于表示设备的个数。IP地址也可以根据需要来修改。这里使用默认状

态192.168.0.2。点击OK按钮，关闭该对话框。

使用同样的方式在右侧的产品栏内，选择其它ET200S的模块添加到IO设备的模块列表中。

使用同样的方式组态另一个ET200S站，并改其Device name为ET200S2。也可以使用鼠标点击ET200S1的图标，加上Ctrl键，复制出另一个ET200S2站。因为

实际的组态中两个ET200S的硬件组态是相同的。IP地址保持默认状态，192.168.0.3。可以看到DI模版地址分别为2.0至2.3，3.0至3.3。DO模板的地址分别

为2.0至2.1，3.0至3.1。点击工具栏图标，完成对该项目的硬件组态完成编译和保存。

4.6 编编写写用用户户程程序序

在SIMATIC Manager中，依照等级次序，点击+号至Blocks。

可以看见右侧栏内的OB1，双击OB1，进入LAD/STL/FBD的编程界面中。使用STL语言编程。根据在硬件组态中的ET200S两个站的DI，DO模板地址，

在Network1中，对ET200S1进行数据读写；在Network2中，对ET200S2进行数据读写。点击工具栏进行保存。

4.7 设置PG/PC接口

对于PROFINET的组态下载和调试，使用TCP/IP协议，所以在SIMATIC Manager中选择Options菜单，选择“Set PG/PCInterace...”

选择TCP/IP->Intel(R) PRO/1000MT...接口参数。其中Intel(R) PRO/1000MT...表示本台PG/PC的以太网卡。点击OK即可。

可以在SIMATIC Manager的界面的状态栏中，发现已经选择的PG/PC接口。

对本台PG/PC作为IOsupervisor，通过一根FC标准以太网线连接SCALANCEX206-1交换机。双击本地网络连接图标，给本机设置IP地址192.168.0.100。注

意要使各台PN设备要在同一个网段上192.168.0.0。

4.8 设置IO设备名

从图中看到两个ET200S站的一些信息。IP地址，由于没有下载PLC的硬件组态，故没有IP地址。MAC地址，是ET200S的PN接口模块在出厂时固化的硬件地址，不能修改。设备类型，此时指示在Ethernet(1)上的PNIO的类型均为ET200S。设备名，目前在ET200S的MMC卡中没有存储任何信息。通过下拉菜单

指示硬件组态的ET200S的设备名称为ET200S1，根据不同的MAC地址，通过鼠标选择不同ET200S设备。选择MAC地

址为08-00-06-6B-F7-A6的ET200S，通过“ASSIGN NAME”按钮，给其命名ET200S1