软PLC 的期待硬件工作平台为工控机等PC 工业微机平台和嵌入式PC 平台。本设计因需要应用于嵌入式的数控系统中,所以采用了嵌入式PC 平台。嵌入式PC 是将PC 机的主要硬件集中在一张信用卡大小的主板上,将操作系统和应用软件存储在Flash芯片中。嵌入式PC 与标准PC 全兼容,采用与标准PC 相同的硬件结构和软件结构。因而,嵌入式PC在理论上能完成与普通PC 系统的工作。因而,我们可以在普通PC上做好设计和开发,再将软件移植到嵌入式PC 上。
嵌入式PC 包括单板计算机(SBC)、PC/104 计算机和饼干机,本设计采用的是嵌入式PC104 计算机。嵌入式PC/104 组件尺寸小,标准化,模块化程度高,采用层叠式结构,通过在CPU 板的基础上堆叠扩展板构成一个完整的计算机系统。PC104 的扩展板齐全,包括了网卡、数字I/O 卡、A/D 卡等。在PC104 上构造的系统即嵌入式软PLC 可扩展性好,标准化和模块化程度高。
现今PC104 的硬件水平可以达到P2 或者P3 一级,CPU 速度足够快,内存可到128M,程序存储空间可以选用CF 卡作为硬存储空间,可以达到128M,且可通过PC104 接口扩展其硬件I/O 能力,可增加软PLC 的I/O 口,丰富的硬件资源完全可以满足运行软PLC 的需要。这也使得设计时完全可以在普通PC 上,在LINUX 内核下对软PLC 的各个模块进行调试,调试成功再移植到PC104 组件上运行。
软件平台
目前,大多数软PLC 分别以WINOOWs, DOS 和Linux 系统为操作平台。早期的基于PC 的软PLC 采用的较多的是DOS 系统,这类软件由于运行DOS 环境下,可以轻松实现其实时控制的要求,但由于DOS 环境是单任务处理方式,使得PC 的潜力得不到充分发挥,系统的功能和灵活性也受到限制。而WINOOWs 具有操作界面良好、程序开发相对容易、多任务等优点,但WINOOWs 操作系统并不是一个理想的实时操作系统,且WINOOWs 操作系统是收费的,这将大大增加开发应用的成本。因而,本设计配合数控系统的需要选用的是Linux 系统为操作平台,基于Linux 内核模块的Rtlinux 是一个免费的、开放源代码的实时操作系统。
软PLC模块设计
本设计的软PLC 基于嵌入式PC104 计算机,建立在Linux 操作系统之上,软件的设计采用了模块化设计。每个模块都专职一项功能,每个模块都是一个进程。软PLC 全局变量是所有模块的公共数据,由配置文件设定。各个模块通过全局变量进行通信,各个模块的私有数据不包含在配置文件内。全局变量在每个模块都有副本,各个模块通过副本的数据对本模块进行运算,当循环一次运算后,就更新到全局变量,这样就实现了各个模块之间的通信。每个模块对全局变量的读写权限不一样的,只有对全局变量具有写权限的模块才可以更新全局变量里的数据。每个模块作为一个进程,进程之间的通信采用的是共享内存进行通信。
(1) 主程序(main program),启动软PLC,将首先运行主程序,主程序将读取配置文件上的内容,并运行配置文件上所设定的模块。
(2) 配置文件(configurefile),在软PLC 中具有核心的地位,它由几部分组成:
①软PLC 配置,在这部分设置了内核和各个模块的相关参数,
主要包括:模块列表,列出了要运行的模块;变量列表,列出了软PLC 中的全局变量,并定义了具有对应全局变量有写权限的模块。
② 公共配置,这部分设置了各个模块之间的共同属性。
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