1  引言
    作为专业的自动化设计和制造公司，德国倍福(Beckhoff)公司提出了一种新的理念:为什么我国不可以制造出一种基于工业PC和PLC之间的嵌入式PC。这就是今天要说道的嵌入式PC CX1000.Beckhoff 的CX1000 。新产品是针对需要带有工业PC特性和计算性能的功能，并且不打算购买整台PC机的客户而设计的。它很好地结合了两个领域:工业PC和硬件PLC。不仅兼容了传统PLC的所有功能，而且还有运动控制和组态(HMI)功能，我们称之为“导轨式的三位一体化多功能控制器”，可广泛用于机械设备控制，楼宇，注塑，冶金，汽车制造，污水处理，远程监控等各个领域。

2  倍福CX1000系列硬件简介
2.1  倍福的PLC的层次结构
    倍福的PLC(CPU)分为四个层次，由小到大分别是:BC系列，BX系列，CX系列,和运行在IPC上的TWINCAT PLC.这四个层次的PLC不论其硬件结构、规模都使用同一个自动控制软件包TwinCAT来进行配置和编程。同我们日常所见到的PC机一样，CX1000包括两个部分:CX1000 CPU和CX1000的系统接口。
     CX1000 CPU模块是CX系统的基本模块(见图1)，内部采用时钟频率为266MHz的奔腾MMX处理器，内存可以扩展到32M闪存/128MRAM。再配上Microsoft Windows CE.NET 或Microsoft 嵌入式Windows XP操作系统就把CX1000系统转化成一个功能强大的PLC和运动控制系统。如果再配上显示终端和鼠标，键盘就不仅可以达到控制、而且也能达到监视的目的，由于配备了操作系统，它的通讯功能也是令人叹为观止的，如果再把一根网线插在CPU模块以太网连接口上，便可以随意的上网。

图1     CX1000-基本CPU模块面板图 

2.2  倍福PLC(CPU)的接口
    CX1000由于内置了操作系统，它的接口也是丰富多彩的，包括有标准监视器, 打印机，扫描仪，鼠标，键盘和BECKHOFF专门提供的专用接口模块(见图2):

图2     部分接口模块的面板图

(1) USB/DVI接口模块CX1000-N001:可连接BECKHOFF的控制面板或标准显示器以及键盘，鼠标，触摸屏等。
(2) COM2/COM3接口模块CX1000-N002:主要用于提供2个附加的串行接口，最大传输速度为115K
(3) 音频接口模块CX1000-N003: 主要提供音频输入输出接口。
(4) 视频接口模块CX1000-N004: 主要提供视频的输入输出。

3  倍福CX1000嵌入式PC的新特点
3.1  一台CX1000上，最多可以有4套PLC
    把一台CX1000分成4套PLC独立运行，这4套PLC具有独立的端口地址，其内部资源(如计数器，定时器，存储区，全局变量等)完全独立，互不相关，相互之间的数据访问也要通过专门的ADS指令，而不是直接的数据调用。各套PLC可以单独控制其启动和停止。这在工程上大大降低了资源冲突的风险。例如有一个大的项目，如果项目经理把编程任务分配给4个工程师去做，用别的PLC的话我们可能要花很多的时间来分配PLC的资源(计数器，定时器，存储区)使它们不会发生冲突。而这样的情况在CX1000上绝对不会发生。
    而且每个PLC又可以设4个独立的任务等级，每个任务等级可以自由调用程序。每个任务等级的循环周期可以自由定义，根据处理器的速度，最快可以将循环周期设定为50μs。而在传统的PLC中，启动时立即执行的程序只有一个，其它程序都要通过这个入口来调用。而CX1000支持多任务功能，用户可以非常方便的处理需要快速执行的任务。并且循环周期可以自由设定。

3.2  借助PC处理器可快速执行命令
    由于借用了PC处理器这样工业应用就可以共享商业PC处理器技术的成果，使速度更快，而无需控制系统的结构和程序。例如，执行1000条代码指令，用传统的PLC需要1500μs，而使用CX1000，266MHz的CPU，仅需要54μs。

3.3  支持源代码的上载
    传统的PLC不支持源代码的上载，程序上载之后，不带注释，程序段中也只有直接地址显示，而没有变量名。数据块上载之后，也只有直接地址，没有变量名。如果工程师手上没有原来的程序，单看PLC上载的程序，对照工艺流程和电气线路图，是非常辛苦的。尤其是大型项目，或者在生产过程中，PLC程序经历了多次小的改动，而工程档案又没有及时跟进的话，问题将比较麻烦。这也就是我们常说的PLC不支持源代码下载。而倍福的CX1000很好的解决了这个问题。可以说支持源代码上载是其最突出的亮点之一。

3.4  其它一些特点
    其它的一些特点主要有:定时器，计数器，内存量和程序长度不受限制。处理映象的大小输入输出都为65535个字节。使用国际通用的五种编程语言功能强，操作容易。控制分布式I/O，支持各种现场总线标准(lightbus, profibus, canopen, Sercos，DeviceNet).提供OCX,DLL接口文件和OPC Server功能，可用VB，VC等开发组态软件或与其它工业管理软件集成，例如可与国产组态王直接通讯，CX1000底层的通讯驱动程序已经做在了组态王里面。支持地址映射，编程时无需考虑I/O地址，只需要最后导入时执行映射操作。自带有2行，16字符的液晶显示(可编程显示)。

4  倍福CX1000编程于组网
4.1  编程方式
    倍福CX1000与TwinCAT自动化软件的结合使CX1000工业PC成为一个拥有4个用户任务的强大的IEC61131-3 PLC。此外，还可执行运动控制任务。依据所需的循环时间，可以控制几个伺服轴。即便是特殊功能(如飞行前馈，电子齿轮，凸轮碟等)。依据所使用的操作系统. CX1000系统有两种编程方式:
(1) 以态网远程编程。如果基本单元装有 Windows CE.NET,则选用这种方法。此时，系统可通过便携式或台式PC机编程，并通过以太网(网络或传输电缆)与CX1000相连。程序在装有正版Twin CAT软件的便携机编写，然后下装到目标设备。
(2) CX1000本地编程。如果基本单元装有嵌人式Windows XP.则选用这一方法。此时，对CX1000的编程与标准的工业PC相似;所有TwinCAT工具在目标设备上运行. CX1000可被直接编程。此外，也可通过以态网进行远程编程。
    CX1000系统采用何种操作系统和TwinCAT版本,在很大程度上取决于不同的应用。如果重点是完全可视化或者新开发的Windows 95/98/NT/2000程序已经存在，则嵌入式Windows XP将是合适的操作系统，因为这些程序不需调整。然而，如果不需可视化或只需简单的可视化，并且需要快速的启动时间和要求较低的系统成本，则把资源适中的Windows CE作为操作系统是理想的方案。不过以上两种方案均具有相同的网络功能，因为Windows端口实现了便捷的以态网IP通信。此外，TwinCAT将每个CX1000系统转换成 ADS设备，并通过该协议可与网络上的任何一个TwinCAT设备进行通讯.这些通讯选件 使我们可以把Beckhoff工业PC,CX 1000设备和总线端子控制器整合成复杂的控制网络。

4.2  组网方式
    CX1000既可以做为主站也可以作为从站，支持5种现场总线(Lightbus，Profibus，CanOpen，Devicenet，Sercos)。以下分别讨论一下CX1000做主站和从站的现场总线连接
(1) CX1000-主站 现场总线连接
    现场总线主站实现了过程数据和信号的分布式采集，即使是对远距离的机械和设备。现场总线主站模块在CX1000系统中的作用是使全部倍福现场总线组件(例如，总线耦合器，总线端子控制器，驱动设备)作为分布式控制组件能够在复杂系统组装中使用。同时允许几个相同或不同的总线主站并联操作。例如，两个Profibus主站或一个Profibus主站和一个SERCOS接口主站可以同时存在于同一个系统中。
    主站和从站连接的混合操作也不是问题。一个CX1000系统可以假想为不同现场总线中的智能网关。从现场总线中接收数据，通过程序处理它们，然后将它们提供给其他的现场总线。除CX变体为单通道形式以外，CX1000现场总线主站模块的性能数据几乎与倍福PC现场总线卡相同。可连接的从站数量不受不同总线系统的限制。
    CX1000现场总线能够在现场被更新和替换，并可通过PC104系统总线与已存在地的CX1000系统相连。除ISA总线外，无需地址开关设置地址，因为模块通过ISA的即插即用功能分配地址。
(2) CX1000-从站 现场总线连接
    该连接是CX1000系统作为从站控制而集成的现场总线，可以接收或处理来自主站的数据，或从它自己处理的外围设备回送数据给主站，可以是直接的数据或处理过的数据。CXA系统中的每个从站连接都包含一个作为各个总线系统和CX CPU模块之间的DPRAM接口。它作为输入/输出数据的内存，可被CPU模块通过内部的ISA总线分配地址。现场总线的从站模块的使用可以利用CX1000系统作为所属的分布式控制，对复杂的和模块化系统组态。同时允许几个相同或不同的从站并联操作，例如，两个Profibus从站或一个Profibus从站和一个CanOpen从站同时存在于同一个系统中。
    主站和从站的混合操作也不是问题。CX现场总线从站模块总是单通道形式。可连接的从站数量只受不同总线系统的限制。

5  简单应用
    虽然目前对CX1000系列的不同应用和扩展选件还没有来得及作详细的探究，但模块化硬件和强大的控制软件相结合，其本身就已经在工业自动化及其他领域开辟了新的前景。CX1000技术现在也被用于Beckhoff的其他设备中，未来的用途将更加广阔。Beckhoff面板式PC就是一个例子:它们是一系列核心为CX的以态网操作终端。图3是一个带 DVI/USB 接口和现场总线连接的 PLC 和运动控制系统框图。

图3     带 DVI/USB和现场总线连接的 PLC 和运动控制系统

    系统由CPU CX1000-0112(带 DVI/USB接口)、现场总线主站|CX1500-M310(Profibus)、现场总线从站| CX1500-B510(CANopen)、控制面板、总线耦合器、总线端子等组成。面板通过DVI口连接。本系统中组成了一个Profibus主站和一个CanOpen从站。可连接远方的设备。如果本设备再添加音频、视频接口就能接麦克风或摄像头从而应用到楼宇自动化。

6  结束语
    本文着重论述了德国BECKHOFF新一代嵌入式PC CX1000，从本文我们看以看到，随着自动化技术的越来越发展，PLC会逐渐的向嵌入式PC发展，当然，小型PLC在未来的相当长时间内仍将广泛使用，但大中型PLC肯定会受到嵌入式PC的一定冲击。