軟PLC系統運行平臺的選擇|加工中心
1. 五軸精工加工中心軟PLC系統運行平臺及總體結構2.1軟PLC系統運行平臺的選擇2. 1.1控制方案選擇軟PLC是運行在計算機上的應用軟件，需要硬件平臺和操作系統的支持。 根據當前軟PLC系統運行硬件平臺的不同，有以下三種控制方案[3Q]:(1)基于傳統PLC的控制方案。該方案以傳統PLC硬件為運行平臺，將廠商開發的軟PLC運行系統固化在 硬件上，通過RS232串口及通訊協議下載開發系統中的用戶PLC程序，在傳統 PLC硬件上運行后將控制信號輸出。此方案保留了傳統PLC的硬實時性。 基于嵌入式控制器的控制方案。 該方案是以嵌入式實時操作系統（VxWorks、pC/OS-II等）作為軟件運行平 臺，把軟PLC運行系統做成固件嵌入到小型計算機系統中的控制器上，在Win32 環境下編寫PLC控制程序，利用標準通訊協議下載用戶程序交由PLC運行系統 運行，完成控制信號的輸出。 (3)基于通用PC的控制方案。該方案采用WindowsNT、RTLinux等操作系統作為軟件運行平臺，軟PLC的開發系統和運行系統可獨立運行在同一臺計算機系統上，軟PLC運行系統利用通用I/O板卡或現場總線對外部設備進行控制，易于實現工業的網絡化控制。 基于PC的軟PLC控制方案能夠充分利用PC機的高性能處理器進行大量復 雜數據的計算、具有開放的控制體系和豐富的軟、硬件資源，易于維護、性價比 高等優點，適合開放式精工系統模塊化、標準化、。而方案一和方案二的軟PLC 運行系統只能在特定的硬件環境中運行，并未實現真正意義上的開放，無法進行 升級，通用性較差。因此，本文選用基于PC的控制方案設計軟PLC控制系統2. 1.2實時操作系統的選擇精工系統中的軌跡插補模塊是根據進給軸的位置信息進行插補運算，它需控 制系統在定時點調度插補功能來保證精確的插補周期，對操作系統的實時性要求 很高。同樣軟PLC系統也必須具備一定的實時控制能力才足以完成對機床急停 信號、超程等信號的處理，雖然軟PLC本身并不具備實時性，但它的實時控制 功能可依靠操作系統的實時性來保證，因此選擇一個開放的且適合的實時操作系 統尤為重要，常用的有以下幾種實時操作系統： 基于Windows的實時擴展操作系統 Windows是一個窗口式的多任務操作系統，有利于人機界面的開發和多任務 的并行處理，雖然它不是實時操作系統，但通過改造系統內核可使位于Ring3層 (最低特權級）的應用程序躍至RingO層（最高特權級）直接訪問CPU和PC機的硬件，從而實現Windows操作系統的實時性控制[31]。具體改造方法如下： 一種是直接對Windows系統內核進行改造，這是利用RTX或Intime等實時軟件 向Windows系統內核增加實時補丁程序來直接訪問PC硬件設備。另一種是從系 統外部對Windows進行實時擴展。例如：利用某些軟件工具對計算機定時器、 時鐘芯片、中斷控制器等PC硬件進行直接操作，從而實現PC精工系統所需的 實時控制功能。圖2.4為基于RTX的Windows實時擴展操作系統的基本結構。(2 )基于RTLinux的實時操作系統Linux是一個支持多任務，具有開放的源代碼和可向系統內核動態添加模塊 的操作系統。美國新墨西哥工學院通過改造Linux，開發出了 RTLinux實時操作 系統。RTLinux建立一個新的實時內核來控制PC機的硬件，實現搶先式優先級 的調度，其基本結構如圖2.5所示。由于實時內核可完全搶占Linux的任務，所 以RTLinux的響應速度特別快。即使在PC386機器上其中斷響應不會超過15@ (微秒），因此RTLinux能很好地滿足PC精工系統對實時性的要求。 基于嵌入式的實時操作系統RTOS(Real Time Operating System,嵌入式實時操作系統)的軟件代碼小；軟、 硬件可裁剪；具有良好的可靠性和穩定性，被應用于工業和軍事中對系統響應要 求較高的設備。但RTOS是一種專用的計算機系統，它不具備開放性這一特點， 應用范圍有限。典型的RTOS產品如：WindRiver System公司的VxWorks、 pC/OS-II 以及 RTXC 等等。 基于DOS的實時操作系統DOS操作系統小巧靈活、穩定性好、可直接訪問設備硬件層，被廣泛應用 在工業控制領域。雖然DOS是非實時單任務操作系統，但利用DOS運行在CPU 實模式下，通過改寫PC中8259、實時時鐘等可編程芯片或著硬件邏輯的控制字 以及內存中斷矢量，可使精工系統軟件能夠運行和調度中斷服務程序，進而實現 PC精工系統的實時任務以中斷方式優先運行，非實時任務以循環方式后臺運行。綜上所述，基于RTLinux開發的實時控制軟件具有很好的開放性，但軟件構 架沒有一個統一標準，不能支持多數的硬件系統；基于嵌入式的實時操作系統是 一種專用的計算機控制系統，開發出的用戶程序可移植性較差，不適合全軟件數 控系統的發展；基于DOS的實時操作系統功能比較簡單，系統的靈活性較差， 不能充分發揮PC機的軟硬件資源；而Windows操作系統不僅具有開放的體系結 構、良好的系統穩定性和較高的市場占有率，還提供了大量的Win32 API函數供 軟件開發者使用。因此本文選用WindowsXP+RTX5.0實時擴展作為軟PLC控制 系統的軟件開發和運行平臺。本文采摘自“五軸精工加工中心軟PLC控制系統的研究”，因為編輯困難導致有些函數、表格、圖片、內容無法顯示，有需要者可以在網絡中查找相關文章！本文由海天精工整理發表文章均來自網絡僅供學習參考，轉載請注明！