嵌入式軟PLC 的設(shè)計(jì)與研究

一.引言

嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)嵌入到對(duì)象體系中的專用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，主要應(yīng)用與各種類型的信號(hào)處理與控制.當(dāng)前在國(guó)防.國(guó)民經(jīng)濟(jì)以及社會(huì)生活的各領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，工業(yè)控制.機(jī)器人等等領(lǐng)域，對(duì)各行各業(yè)的技術(shù)改進(jìn).產(chǎn)品更新?lián)Q代.提高生產(chǎn)率各方面也都起到了積極的推動(dòng)作用.

傳統(tǒng)的PLC 可靠性較高，而且體積小，但是資源很少擴(kuò)展能力弱，但是基于PC 機(jī)的軟PLC 技術(shù)卻很好的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)PLC 的缺點(diǎn)，但是卻又缺少了可靠性這一優(yōu)點(diǎn).新一代的PLC 將PLC 的可靠性.PC 機(jī)的開(kāi)放架構(gòu)以及多資源這些優(yōu)點(diǎn)集中于一體，涵蓋了PLC 用戶的多種需要.

嵌入式軟PLC 技術(shù)是指由軟PLC 技術(shù)與嵌入式系統(tǒng)相結(jié)合而由此而產(chǎn)生的高新技術(shù).繼承了嵌入式系統(tǒng)體積小以及反應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也克服了傳統(tǒng)PLC 的不能通用的特性等弊端.嵌入式軟PLC 將自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)，用高附加值的方式在嵌入式行業(yè)規(guī)模經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)上加以發(fā)展提高，比傳統(tǒng)的PLC 結(jié)構(gòu)更加開(kāi)放，也更加利于自動(dòng)化的橫向通信與縱向通信.

二.嵌入式軟PLC 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

嵌入式軟PLC 系統(tǒng)一般由開(kāi)發(fā)系統(tǒng)與運(yùn)行系統(tǒng)兩個(gè)部分組成.

1.開(kāi)發(fā)系統(tǒng)需完成的主要任務(wù)就是應(yīng)用程序的編程與編譯調(diào)試.

1.1 嵌入式軟PLC 系統(tǒng)是以IEC31131 標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來(lái)的，所以開(kāi)發(fā)系統(tǒng)一般都這可以支持IEC61131-3 中的一種或者多種語(yǔ)言.

1.2 編譯器是開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中的一個(gè)比較重要的部分.編譯程序的主要作用是將用高級(jí)語(yǔ)言編寫的源程序編譯成和它等價(jià)的低級(jí)語(yǔ)言目標(biāo)程序.編譯過(guò)程主要包括此法分析.語(yǔ)法分析.語(yǔ)義分析.中間代碼生成.代碼有限以及目標(biāo)代碼生成這6 個(gè)階段.

1.3 嵌入式軟PLC 系統(tǒng)支持通過(guò)圖形化語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā).

IEC61131-3 標(biāo)準(zhǔn)里定義了三類圖形化語(yǔ)言：FDB.LD.SFC.LD 語(yǔ)言是一類類匯編的文本語(yǔ)言，很容易將它編譯成機(jī)器語(yǔ)言.

1.4 開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的調(diào)試技術(shù)：調(diào)試功能是嵌入式軟PLC 開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的一個(gè)很重要的部分.調(diào)試功能要求可以支持在程序的源文件的任何程序語(yǔ)句上設(shè)置斷點(diǎn)，并在該段點(diǎn)上打印設(shè)置程序中所需的變量.這種功能要以交互方式完成，并以調(diào)試時(shí)顯示合適的源代碼的行號(hào)的形式來(lái)實(shí)現(xiàn).

2.運(yùn)行系統(tǒng)是軟PLC 控制系統(tǒng)的核心組成，用于完成系統(tǒng)的配置.輸入信號(hào)的處理.程序的執(zhí)行以及控制信號(hào)的輸出等操作.

運(yùn)行系統(tǒng)可以通過(guò)RS232.RS485.TCP/IP 或者是Modbus 等通信協(xié)議以實(shí)現(xiàn)與HMI 軟件的通信，最終構(gòu)成監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).嵌入式軟PLC 控制功能的實(shí)現(xiàn)需和相應(yīng)的I/O 模塊或者現(xiàn)場(chǎng)總線相配合.

嵌入式軟PLC 的運(yùn)行系統(tǒng)首先是從開(kāi)發(fā)系統(tǒng)上吧應(yīng)用程序目標(biāo)diamante 下載到本地目錄，隨后IO 模塊與現(xiàn)場(chǎng)總線將現(xiàn)場(chǎng)所采集到的信號(hào)輸入到系統(tǒng)中.運(yùn)行系統(tǒng)則通過(guò)對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，然后執(zhí)行應(yīng)用程序，最后再通過(guò)I/O 模塊與現(xiàn)場(chǎng)總線輸出對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，從而最終完成既定的控制功能.

另外，需要補(bǔ)充的一點(diǎn)是嵌入式軟PLC 系統(tǒng)較為理想的硬件設(shè)備應(yīng)該具備運(yùn)算能力強(qiáng)以及程序容量大和接口豐富的特點(diǎn)，因此，通常PLC 系統(tǒng)選擇的硬件平臺(tái)是工業(yè)PC 或者嵌入式PC.

嵌入式軟PLC 技術(shù)擁有巨大的發(fā)展前景.從最根本的角度而言，它簡(jiǎn)化了工程的自動(dòng)化體系結(jié)構(gòu)，將控制和通信以及各種的特定應(yīng)用合為一體，運(yùn)用到了同一個(gè)的硬件平臺(tái).相對(duì)于較傳統(tǒng)的PLC,他則以開(kāi)放性以及靈活性和低廉的價(jià)格占有了很大的優(yōu)勢(shì).嵌入式軟PLC的產(chǎn)品可以被廣泛應(yīng)用到數(shù)據(jù)采集.木材加工.醫(yī)藥以及檢測(cè)設(shè)備.包裝工業(yè)等場(chǎng)合.

三.嵌入式軟PLC 系統(tǒng)的通信

1.嵌入式軟PLC 系統(tǒng)的通信接口

嵌入式軟PLC 系統(tǒng)中，開(kāi)發(fā)系統(tǒng)與運(yùn)行系統(tǒng)是運(yùn)行在不同的硬件平臺(tái)之上，因此兩個(gè)系統(tǒng)之間需要通信才能保持好協(xié)調(diào)工作.此外，嵌入式軟PLC 系統(tǒng)通常應(yīng)用于控制工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備，因此在運(yùn)行系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)I/O 設(shè)備之間也要進(jìn)行通信.開(kāi)發(fā)系統(tǒng)有一個(gè)通信接口使用在與運(yùn)行系統(tǒng)的通信，而運(yùn)行系統(tǒng)則需要有兩個(gè)通信接口，一個(gè)是和開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的聽(tīng)信，另一個(gè)則是用于與現(xiàn)場(chǎng)I/O 設(shè)備的通信.

2.Modbus 通信協(xié)議

嵌入式軟PLC 系統(tǒng)常用的通信協(xié)議包括Modbus.TCP/IP.RS232 以及RS485.TCP/IP 是互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，使用也最為廣泛.

RS232 與RS485 是兩個(gè)常見(jiàn)的通信接口協(xié)議，常常用在I/O 設(shè)備的通信之中.Modbus 是MODICON 公司為其自己的PLC 設(shè)計(jì)的一個(gè)通信協(xié)議.通過(guò)24 中總線命令實(shí)現(xiàn)PLC 外界的信息交換.數(shù)據(jù)傳輸是主/從式，報(bào)文形式為請(qǐng)求/ 響應(yīng)幀方式.

四.嵌入式軟PLC 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

嵌入式軟PLC 技術(shù)是嵌入式系統(tǒng)與軟PLC 技術(shù)的完美結(jié)合.嵌入式軟PLC 技術(shù)既擁有軟PLC 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，又繼承了嵌入式系統(tǒng)的長(zhǎng)處.它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.嵌入式軟PLC 系統(tǒng)具有較開(kāi)放的硬件體系結(jié)構(gòu)，用戶可以根據(jù)子的需要自由選擇合適的硬件平臺(tái)來(lái)構(gòu)建滿足用戶需求的控制系統(tǒng).

2.嵌入式軟PLC 系統(tǒng)的指令集相比于傳統(tǒng)PLC 的指令集更加的豐富，大大方便了用戶去編寫工業(yè)控制程序.

3.由于嵌入式芯片技術(shù)的款速發(fā)展，嵌入式軟PLC 產(chǎn)品的性價(jià)比得到了飛速的發(fā)展.

4.嵌入式軟PLC 系統(tǒng)具有較為開(kāi)放的架構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品可同時(shí)加入到PLC 網(wǎng)絡(luò)和標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中.這是現(xiàn)有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的很多研究的成果可以很容易的應(yīng)用于PLC 控制技術(shù)中.

5.嵌入式軟PLC 技術(shù)是基于IEC61131-3 語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)，所以程序開(kāi)發(fā)較為方便，利于復(fù)用，能夠縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，調(diào)試與維護(hù)也比較方便.

五.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上文中對(duì)嵌入式軟PLC 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及通信接口協(xié)議的分析，以及與傳統(tǒng)PLC 分析，可知嵌入式軟PLC 技術(shù)是一個(gè)前景廣闊的研究領(lǐng)域，同樣也是一個(gè)研究熱點(diǎn).但是目前我國(guó)的軟PLC 技術(shù)還不夠成熟，軟PLC 技術(shù)在裁剪配置嵌入式操作系統(tǒng)以及如何提高運(yùn)行系統(tǒng)的可移植性等方面都有待于研究和提高.