基于IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式軟PLC虛擬機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、從20世紀(jì)90年代中期以來，隨著計(jì)算機(jī)和軟件技術(shù)的不斷發(fā)展，基于PC平臺(tái)、嵌入式操作系統(tǒng)和控制應(yīng)用軟件的控制器正越來越多地與傳統(tǒng)工業(yè)控制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更加精確高效的邏輯和運(yùn)動(dòng)控制?？删幊踢壿嬁刂破?Programmable Logic Controller，以下簡(jiǎn)稱PLC)在工業(yè)控制系統(tǒng)中，正起著越來越重要的作用。本論文研究并設(shè)計(jì)了以IEC6113-3為語言標(biāo)準(zhǔn)的基于虛擬機(jī)概念的可嵌入式PLC軟件模塊平臺(tái)。該P(yáng)LC平臺(tái)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)且易于使

2、用，具有可擴(kuò)展性，為開放式控制器發(fā)展提供了新的思路，進(jìn)行了有益的實(shí)踐。 作者分析了虛擬機(jī)的基本組成和功能，結(jié)合工業(yè)控制中PLC應(yīng)用的特點(diǎn)提出了PLC虛擬機(jī)的概念。通過對(duì)傳統(tǒng)的硬件PLC系統(tǒng)進(jìn)行研究，作者對(duì)其進(jìn)行了軟件抽象，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了PLC虛擬機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是具有快慢邏輯任務(wù)調(diào)度機(jī)制、與硬件無關(guān)的指令系統(tǒng)并管理相關(guān)軟硬資源的軟PLC平臺(tái)。PLC虛擬機(jī)采用嵌入式的軟件結(jié)構(gòu)來開發(fā)，由一組軟件模塊組成，每一模塊具有確定的功能。所有模塊

3、都封裝在動(dòng)態(tài)連接庫中，并提供頭文件給用戶。用戶可以加載PLC虛擬機(jī)的模塊嵌入到自己的控制軟件中，通過調(diào)用各模塊提供的接口實(shí)現(xiàn)PLC各種功能。 作者在認(rèn)真學(xué)習(xí)IEC6113-3標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，分析和歸納了該標(biāo)準(zhǔn)中梯形圖編程語言要素的需求。根據(jù)需求設(shè)計(jì)了標(biāo)準(zhǔn)中主要梯形圖元件對(duì)象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和功能；設(shè)計(jì)了元件庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作功能，實(shí)現(xiàn)了易于擴(kuò)展的元件庫；設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了梯形圖程序文件存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、變量類型和數(shù)據(jù)類型。 在結(jié)合課題實(shí)

4、際情況的條件下設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了PLC虛擬機(jī)雙任務(wù)調(diào)度，即快邏輯任務(wù)和慢邏輯任務(wù)之間的調(diào)度?？爝壿嬋蝿?wù)是一個(gè)需要定時(shí)執(zhí)行的任務(wù)，該任務(wù)必須在二個(gè)系統(tǒng)采樣周期內(nèi)執(zhí)行完成。慢邏輯任務(wù)是一個(gè)無限循環(huán)，它可以在幾個(gè)系統(tǒng)采樣周期內(nèi)完成。 采用了完全面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法開發(fā)PLC虛擬機(jī)。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套自主設(shè)計(jì)的PLC虛擬機(jī)指令系統(tǒng)，PLC虛擬機(jī)資源模型和解釋運(yùn)行器。該指令系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了67條指令(見附錄1)，每一條指令都被設(shè)計(jì)成為對(duì)象并使用了多態(tài)技術(shù)