基于VxWorks的MB系列智能可編程控制器設(shè)計
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2.3 操作系統(tǒng)和開發(fā)環(huán)境
為保證軟件的可靠性和發(fā)揮裝置的實時性能，項目采用了國際上最廣泛使用的32位實時操作系統(tǒng)VxWorks。VxWorks是專門為嵌入式微處理器而設(shè)計的模塊化、高性能、實時的操作系統(tǒng)。VxWorks是目前世界上用戶數(shù)量最大的實時操作系統(tǒng)，具有豐富的應(yīng)用軟件支持、良好的技術(shù)服務(wù)、可伸縮性、可裁減性和可靠的系統(tǒng)穩(wěn)定性。VxWorks的開放式結(jié)構(gòu)和對工業(yè)標準的支持使開發(fā)者只需做最少的工作即可設(shè)計有效的適合于不同用戶要求的實時操作系統(tǒng)。
VxWorks的開發(fā)環(huán)境是WindRiver(風河)公司提供的Tornado。Tornado采用主機-目標機開發(fā)方式，主機系統(tǒng)采用運行Windows2000/NT的工作站或PC，VxWorks則運行在x86等目標處理器上。Tornado提供了友好的可視化開發(fā)界面、交叉編譯環(huán)境、源碼級調(diào)試工具、目標機命令解釋器和目標機狀態(tài)監(jiān)視器等多種應(yīng)用工具，為應(yīng)用軟件開發(fā)提供了一個高效而可靠的平臺。
3 關(guān)鍵技術(shù)
MB系列智能可編程控制器的軟件設(shè)計，關(guān)鍵是軟件實時性的保證，其中包括任務(wù)的劃分、任務(wù)間通信機制的選擇、中斷處理程序、網(wǎng)絡(luò)通信程序和串行口通信程序的編寫等關(guān)鍵技術(shù)。
3.1 任務(wù)劃分
嵌入式實時系統(tǒng)中，任務(wù)的合理劃分對系統(tǒng)的實時性至關(guān)重要。進行任務(wù)劃分時，首先要分析數(shù)據(jù)流程圖中數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，確定哪些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換可以并行執(zhí)行，哪些必須順序執(zhí)行。決定應(yīng)用系統(tǒng)任務(wù)劃分的最主要的因素是系統(tǒng)所實現(xiàn)的功能之間的異步關(guān)系，具體可以從I/O功能和系統(tǒng)內(nèi)部功能兩個方面來考慮。
VxWorks的實時內(nèi)核Wind默認采用了基于任務(wù)優(yōu)先級的搶占式調(diào)度算法，同時，也支持輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法。Wind內(nèi)核有256個優(yōu)先級，編號0～255，優(yōu)先級0最高，255最低。任務(wù)的創(chuàng)建使用taskSpawn()函數(shù)來實現(xiàn)。
MBPLC根據(jù)功能和優(yōu)先級劃分為以下若干任務(wù):
(1) 主任務(wù):主任務(wù)負責硬件初始化、數(shù)據(jù)庫初始化、梯形初始化、流程初始化、網(wǎng)絡(luò)初始化等工作，并根據(jù)數(shù)據(jù)庫的定義創(chuàng)建相應(yīng)的任務(wù);
(2) CAN1任務(wù):CAN1任務(wù)主要完成CAN1網(wǎng)驅(qū)動、與I/O模件交換信文等功能，它既可以向I/O模件下發(fā)加載、設(shè)值、設(shè)時、查詢等信文，又能接收I/O模件上送的測值、事件等信文，并對數(shù)據(jù)庫進行相應(yīng)的處理;
(3) 以太網(wǎng)任務(wù):以太網(wǎng)任務(wù)主要完成以太網(wǎng)驅(qū)動、信文收發(fā)等功能，實現(xiàn)PLC與上位機的數(shù)據(jù)和控制命令的傳遞，支持標準MODBUS/TCP協(xié)議;
(4) CAN2任務(wù):CAN2任務(wù)主要完成CAN2網(wǎng)驅(qū)動、與外部設(shè)備(如通訊裝置、保護裝置、勵磁裝置、調(diào)速器等等)的信息和控制命令的傳遞功能。只要外部設(shè)備支持CAN接口，就很容易接入PLC中;
(5) 流程任務(wù):流程任務(wù)提供了獨特的順序控制流程執(zhí)行方法，將MBPro編程軟件產(chǎn)生的匯編代碼進行執(zhí)行，通過訪問數(shù)據(jù)庫得到數(shù)據(jù)，描述一定的判斷和閉鎖條件，產(chǎn)生相應(yīng)的動作，并將運算結(jié)果寫至數(shù)據(jù)庫中，同時還可將實時執(zhí)行的各種信息反饋到調(diào)試機，以便監(jiān)視流程的執(zhí)行情況。流程圖是順序執(zhí)行的，適于順控操作，如機組正常開停機控制、緊急停機控制等;
(6) 梯形任務(wù):梯形任務(wù)提供了梯形圖執(zhí)行方法，將MBPro編程軟件產(chǎn)生的匯編代碼進行執(zhí)行，通過訪問數(shù)據(jù)庫得到數(shù)據(jù)，實現(xiàn)一定的判斷和閉鎖條件，產(chǎn)生相應(yīng)的動作，并將運算結(jié)果寫至數(shù)據(jù)庫中，同時還可將實時執(zhí)行的各種信息反饋到調(diào)試機，以便監(jiān)視梯形的執(zhí)行情況。梯形圖是循環(huán)掃描的，適于邏輯控制及狀態(tài)控制，可用于主程序、通訊、數(shù)據(jù)處理、控制啟動，如機組狀態(tài)判斷等;
(7) 調(diào)節(jié)任務(wù):調(diào)節(jié)任務(wù)負責對機組有功、無功進行PID閉環(huán)調(diào)節(jié)，可進行負荷增減、調(diào)節(jié)投退、調(diào)節(jié)條件限制、調(diào)節(jié)增減限制、調(diào)節(jié)超時判斷、調(diào)節(jié)速度限制等;
(8) 時鐘任務(wù):時鐘任務(wù)管理PLC時鐘，處理分同步信號，并定時進行一些硬件操作，如點運行燈;
(9) 自檢任務(wù):自檢任務(wù)自動診斷各類任務(wù)、設(shè)備的運行情況并進行報警。當PLC因某種干擾或硬件故障等原因發(fā)生運行紊亂或死機時，Watchdog能產(chǎn)生自恢復(fù)信號，使PLC自動重新恢復(fù)運行;
(10) 調(diào)試任務(wù):調(diào)試任務(wù)通過以太網(wǎng)與調(diào)試機通訊，負責與編程軟件MBPro交換信息，包括上送實時數(shù)據(jù)、SOE事件、流程報警信息等，并可修改數(shù)據(jù)庫、梯形圖及流程圖，進行對時、復(fù)位、主從切換等操作;
(11) 雙機任務(wù):雙機任務(wù)實現(xiàn)主從機的自動、手動切換，并能通過內(nèi)部高速網(wǎng)備份對側(cè)重要數(shù)據(jù)。當主機的某些重要設(shè)備或任務(wù)出現(xiàn)故障時，從機能自動升為主機;
(12) 顯示任務(wù):顯示任務(wù)通過串口與智能型液晶顯示觸摸屏通訊，完成當?shù)財?shù)據(jù)顯示和操作功能，包括顯示測點信息、事故一覽表、光字、模件狀態(tài)等，并能發(fā)出控制命令、設(shè)置定值、整定參數(shù)等;
(13) 串口任務(wù):串口任務(wù)完成與外部設(shè)備通訊功能，實現(xiàn)與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)和命令的交換，如GPS、溫度巡檢裝置、交流采集裝置等等。支持Modbus標準規(guī)約，必要時可根據(jù)需要編程實現(xiàn)特殊規(guī)約。
3.2 任務(wù)間通信
任務(wù)間通信機制是多任務(wù)間相互同步和通信，以協(xié)調(diào)各自活動的主要手段。VxWorks提供的任務(wù)間通信手段按其速度由快到慢依次是信號量、消息隊列、管道和套接字。常用的通信機制是信號量和消息隊列，套接字(Socket)用于網(wǎng)絡(luò)編程。
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