随着企业信息化技术的不断发展,MES(Manufacturing Execution System,制造执行系统)作为企业管理系统与基础自动化系统之间的“信息枢纽”,在企业信息化领域发展迅速。单元控制器在MES系统中主要完成生产监控(现场信息采集)、可视信息管理、报警、操作工指导、数据处理等功能。目前使用的MES单元控制器主要是自动化厂商开发的专用控制器,由于针对特定领域设计,所以存在适用范围较小、灵活性差、扩展性较差等缺点,不能够完全适应现场设备接口多样性的需求。嵌入式技术近年发展迅速,在工业控制领域应用日益增多,为嵌入式技术在MES单元控制器领域应用奠定了基础。本文的目标是利用嵌入式系统的小型化、功耗低、性价比高等优点,针对离散制造企业采用的现场设备的生产厂家、规格不尽相同的情况,研究开发一种能够满足现场设备接口多样性需求的、扩展方便、应用灵活的MES单元控制器。在深入分析MES系统工作流程以及MES单元控制器功能需求的基础上,针对MES对单元控制器扩展方便、应用灵活的要求,着重对控制器的构架进行了研究,设计了一种主板与扩展模块基于I2C总线扩展的单元控制器构架,提出根据接口功能使用频率分配主模块与扩展模块接口。新的控制器构架采用模块化设计,不仅满足MES对单元控制器的要求,还使软硬件设计简洁、清晰,可靠性和可维护性提高。讨论了该构架下单元控制器开发的关键技术问题。硬件开发过程中,结合MES单元控制器的需求,开发了常用的UART接口、CAN总线接口、以太网接口以及RS-485扩展模块,并根据现场远距离显示的要求,设计了采用PACK方式的LCD-VGA转换电路,便于灵活选择LCD或VGA显示。鉴于MES单元控制器工作的现场环境比较恶劣,针对性的在设计中采用了抗干扰措施,保障控制器能够更稳定的运行。软件方面着重研究了MES单元控制器嵌入式Linux操作平台的构建和图形显示接口软件的开发。针对单个文件系统不能完全满足嵌入式系统要求的情况,采用多种文件系统混用的方案,对嵌入式根文件系统进行了优化。根据单元控制器图形显示的需求,将MiniGUI针对目标板硬件平台进行配置修改,最终实现在目标板上的移植。分析I2C总线上多主机竞争,设计了多主机情况下的通信流程。最后对MiniGUI和I2C总线通信进行了功能测试。