2.1軟PLC系統(tǒng)運(yùn)行平臺的選擇

2. 1.1控制方案選擇

軟PLC是運(yùn)行在計算機(jī)上的應(yīng)用軟件，需要硬件平臺和操作系統(tǒng)的支持。 根據(jù)當(dāng)前軟PLC系統(tǒng)運(yùn)行硬件平臺的不同，有以下三種控制方案^[3Q]:

(1)基于傳統(tǒng)PLC的控制方案。

該方案以傳統(tǒng)PLC硬件為運(yùn)行平臺，將廠商開發(fā)的軟PLC運(yùn)行系統(tǒng)固化在 硬件上，通過RS232串口及通訊協(xié)議下載開發(fā)系統(tǒng)中的用戶PLC程序，在傳統(tǒng) PLC硬件上運(yùn)行后將控制信號輸出。此方案保留了傳統(tǒng)PLC的硬實(shí)時性。

       基于嵌入式控制器的控制方案。

       (3)基于通用PC的控制方案。

該方案采用Windows NT、RTLinux等操作系統(tǒng)作為軟件運(yùn)行平臺，軟PLC的開發(fā)系統(tǒng)和運(yùn)行系統(tǒng)可獨(dú)立運(yùn)行在同一臺計算機(jī)系統(tǒng)上，軟PLC運(yùn)行系統(tǒng)利 用通用I/O板卡或現(xiàn)場總線對外部設(shè)備進(jìn)行控制，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化控制。

       基于PC的軟PLC控制方案能夠充分利用PC機(jī)的高性能處理器進(jìn)行大量復(fù) 雜數(shù)據(jù)的計算、具有開放的控制體系和豐富的軟、硬件資源，易于維護(hù)、性價比 高等優(yōu)點(diǎn)，適合開放式數(shù)控系統(tǒng)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、。而方案一和方案二的軟PLC 運(yùn)行系統(tǒng)只能在特定的硬件環(huán)境中運(yùn)行，并未實(shí)現(xiàn)真正意義上的開放，無法進(jìn)行 升級，通用性較差。因此，本文選用基于PC的控制方案設(shè)計軟PLC控制系統(tǒng)

2. 1.2實(shí)時操作系統(tǒng)的選擇

數(shù)控系統(tǒng)中的軌跡插補(bǔ)模塊是根據(jù)進(jìn)給軸的位置信息進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，它需控 制系統(tǒng)在定時點(diǎn)調(diào)度插補(bǔ)功能來保證精確的插補(bǔ)周期，對操作系統(tǒng)的實(shí)時性要求 很高。同樣軟PLC系統(tǒng)也必須具備一定的實(shí)時控制能力才足以完成對機(jī)床急停 信號、超程等信號的處理，雖然軟PLC本身并不具備實(shí)時性，但它的實(shí)時控制 功能可依靠操作系統(tǒng)的實(shí)時性來保證，因此選擇一個開放的且適合的實(shí)時操作系 統(tǒng)尤為重要，常用的有以下幾種實(shí)時操作系統(tǒng)：

       基于Windows的實(shí)時擴(kuò)展操作系統(tǒng) Windows是一個窗口式的多任務(wù)操作系統(tǒng)，有利于人機(jī)界面的開發(fā)和多任務(wù) 的并行處理，雖然它不是實(shí)時操作系統(tǒng)，但通過改造系統(tǒng)內(nèi)核可使位于Ring3層 (最低特權(quán)級）的應(yīng)用程序躍至RingO層（最高特權(quán)級）直接訪問CPU和PC機(jī)的硬件，從而實(shí)現(xiàn)Windows操作系統(tǒng)的實(shí)時性控制^[31]。具體改造方法如下： 一種是直接對Windows系統(tǒng)內(nèi)核進(jìn)行改造，這是利用RTX或Intime等實(shí)時軟件 向Windows系統(tǒng)內(nèi)核增加實(shí)時補(bǔ)丁程序來直接訪問PC硬件設(shè)備。另一種是從系 統(tǒng)外部對Windows進(jìn)行實(shí)時擴(kuò)展。例如：利用某些軟件工具對計算機(jī)定時器、 時鐘芯片、中斷控制器等PC硬件進(jìn)行直接操作，從而實(shí)現(xiàn)PC數(shù)控系統(tǒng)所需的 實(shí)時控制功能。圖2.4為基于RTX的Windows實(shí)時擴(kuò)展操作系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。

(2 )基于RTLinux的實(shí)時操作系統(tǒng)

Linux是一個支持多任務(wù)，具有開放的源代碼和可向系統(tǒng)內(nèi)核動態(tài)添加模塊 的操作系統(tǒng)。美國新墨西哥工學(xué)院通過改造Linux，開發(fā)出了 RTLinux實(shí)時操作 系統(tǒng)。RTLinux建立一個新的實(shí)時內(nèi)核來控制PC機(jī)的硬件，實(shí)現(xiàn)搶先式優(yōu)先級 的調(diào)度，其基本結(jié)構(gòu)如圖2.5所示。由于實(shí)時內(nèi)核可完全搶占Linux的任務(wù)，所 以RTLinux的響應(yīng)速度特別快。即使在PC386機(jī)器上其中斷響應(yīng)不會超過15@ (微秒），因此RTLinux能很好地滿足PC數(shù)控系統(tǒng)對實(shí)時性的要求。

                    基于嵌入式的實(shí)時操作系統(tǒng)

RTOS(Real Time Operating System,嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng))的軟件代碼小；軟、 硬件可裁剪；具有良好的可靠性和穩(wěn)定性，被應(yīng)用于工業(yè)和軍事中對系統(tǒng)響應(yīng)要 求較高的設(shè)備。但RTOS是一種專用的計算機(jī)系統(tǒng)，它不具備開放性這一特點(diǎn)， 應(yīng)用范圍有限。典型的RTOS產(chǎn)品如：WindRiver System公司的VxWorks、 pC/OS-II 以及 RTXC 等等。

                    基于DOS的實(shí)時操作系統(tǒng)

DOS操作系統(tǒng)小巧靈活、穩(wěn)定性好、可直接訪問設(shè)備硬件層，被廣泛應(yīng)用 在工業(yè)控制領(lǐng)域。雖然DOS是非實(shí)時單任務(wù)操作系統(tǒng)，但利用DOS運(yùn)行在CPU 實(shí)模式下，通過改寫PC中8259、實(shí)時時鐘等可編程芯片或著硬件邏輯的控制字 以及內(nèi)存中斷矢量，可使數(shù)控系統(tǒng)軟件能夠運(yùn)行和調(diào)度中斷服務(wù)程序，進(jìn)而實(shí)現(xiàn) PC數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)時任務(wù)以中斷方式優(yōu)先運(yùn)行，非實(shí)時任務(wù)以循環(huán)方式后臺運(yùn)行。

綜上所述，基于RTLinux開發(fā)的實(shí)時控制軟件具有很好的開放性，但軟件構(gòu) 架沒有一個統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不能支持多數(shù)的硬件系統(tǒng)；基于嵌入式的實(shí)時操作系統(tǒng)是 一種專用的計算機(jī)控制系統(tǒng)，開發(fā)出的用戶程序可移植性較差，不適合全軟件數(shù) 控系統(tǒng)的發(fā)展；基于DOS的實(shí)時操作系統(tǒng)功能比較簡單，系統(tǒng)的靈活性較差， 不能充分發(fā)揮PC機(jī)的軟硬件資源；而Windows操作系統(tǒng)不僅具有開放的體系結(jié) 構(gòu)、良好的系統(tǒng)穩(wěn)定性和較高的市場占有率，還提供了大量的Win32 API函數(shù)供 軟件開發(fā)者使用。因此本文選用WindowsXP+RTX5.0實(shí)時擴(kuò)展作為軟PLC控制 系統(tǒng)的軟件開發(fā)和運(yùn)行平臺。

本文采摘自“五軸數(shù)控加工中心軟PLC控制系統(tǒng)的研究”，因?yàn)榫庉嬂щy導(dǎo)致有些函數(shù)、表格、圖片、內(nèi)容無法顯示，有需要者可以在網(wǎng)絡(luò)中查找相關(guān)文章！本文由伯特利數(shù)控整理發(fā)表文章均來自網(wǎng)絡(luò)僅供學(xué)習(xí)參考，轉(zhuǎn)載請注明！