嵌入式軟PLC的設(shè)計與研究

一.引言

嵌入式系統(tǒng)是一個嵌入到對象體系中的專用的計算機系統(tǒng)，主要應(yīng)用與各種類型的信號處理與控制.當(dāng)前在國防.國民經(jīng)濟以及社會生活的各領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，工業(yè)控制.機器人等等領(lǐng)域，對各行各業(yè)的技術(shù)改進.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作用.

傳統(tǒng)的PLC 可靠性較高，而且體積小，但是資源很少擴展能力弱，但是基于PC 機的軟PLC 技術(shù)卻很好的彌補了傳統(tǒng)PLC 的缺點，但是卻又缺少了可靠性這一優(yōu)點.新一代的PLC 將PLC 的可靠性.PC 機的開放架構(gòu)以及多資源這些優(yōu)點集中于一體，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，同時也克服了傳統(tǒng)PLC 的不能通用的特性等弊端.嵌入式軟PLC 將自動化專業(yè)知識，用高附加值的方式在嵌入式行業(yè)規(guī)模經(jīng)濟基礎(chǔ)上加以發(fā)展提高，比傳統(tǒng)的PLC 結(jié)構(gòu)更加開放，也更加利于自動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)一般由開發(fā)系統(tǒng)與運行系統(tǒng)兩個部分組成.

1.開發(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)準的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的，所以開發(fā)系統(tǒng)一般都這可以支持IEC61131-3 中的一種或者多種語言.

1.2 編譯器是開發(fā)系統(tǒng)中的一個比較重要的部分.編譯程序的主要作用是將用高級語言編寫的源程序編譯成和它等價的低級語言目標(biāo)程序.編譯過程主要包括此法分析.語法分析.語義分析.中間代碼生成.代碼有限以及目標(biāo)代碼生成這6 個階段.

1.3 嵌入式軟PLC 系統(tǒng)支持通過圖形化語言進行開發(fā).

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

1.4 開發(fā)系統(tǒng)的調(diào)試技術(shù)：調(diào)試功能是嵌入式軟PLC 開發(fā)系統(tǒng)的一個很重要的部分.調(diào)試功能要求可以支持在程序的源文件的任何程序語句上設(shè)置斷點，并在該段點上打印設(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)試時顯示合適的源代碼的行號的形式來實現(xiàn).

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

運行系統(tǒng)可以通過RS232.RS485.TCP/IP 或者是Modbus 等通信協(xié)議以實現(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 控制功能的實現(xiàn)需和相應(yīng)的I/O 模塊或者現(xiàn)場總線相配合.

嵌入式軟PLC 的運行系統(tǒng)首先是從開發(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)場總線將現(xiàn)場所采集到的信號輸入到系統(tǒng)中.運行系統(tǒng)則通過對輸入的信號進行預(yù)處理，然后執(zhí)行應(yīng)用程序，最后再通過I/O 模塊與現(xiàn)場總線輸出對應(yīng)的控制信號，從而最終完成既定的控制功能.

另外，需要補充的一點是嵌入式軟PLC 系統(tǒng)較為理想的硬件設(shè)備應(yīng)該具備運算能力強以及程序容量大和接口豐富的特點，因此，通常PLC 系統(tǒng)選擇的硬件平臺是工業(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，它簡化了工程的自動化體系結(jié)構(gòu)，將控制和通信以及各種的特定應(yīng)用合為一體，運用到了同一個的硬件平臺.相對于較傳統(tǒng)的PLC，他則以開放性以及靈活性和低廉的價格占有了很大的優(yōu)勢.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)藥以及檢測設(shè)備. 包裝工業(yè)等場合.

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，開發(fā)系統(tǒng)與運行系統(tǒng)是運行在不同的硬件平臺之上，因此兩個系統(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)場的設(shè)備，因此在運行系統(tǒng)與現(xiàn)場I/O 設(shè)備之間也要進行通信.開發(fā)系統(tǒng)有一個通信接口使用在與運行系統(tǒng)的通信，而運行系統(tǒng)則需要有兩個通信接口，一個是和開發(fā)系統(tǒng)的聽信，另一個則是用于與現(xiàn)場 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)準協(xié)議，使用也最為廣泛.

RS232 與RS485 是兩個常見的通信接口協(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)計的一個通信協(xié)議.通過24 中總線命令實現(xiàn)PLC 外界的信息交換.數(shù)據(jù)傳輸是主/從式，報文形式為請求/ 響應(yīng)幀方式.

四.嵌入式軟PLC 技術(shù)的優(yōu)點

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，又繼承了嵌入式系統(tǒng)的長處.它具有以下優(yōu)點：

1.嵌入式軟PLC 系統(tǒng)具有較開放的硬件體系結(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來構(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)品的性價比得到了飛速的發(fā)展.

4.嵌入式軟PLC 系統(tǒng)具有較為開放的架構(gòu)與標(biāo)準，產(chǎn)品可同時加入到PLC 網(wǎng)絡(luò)和標(biāo)準的計算機網(wǎng)絡(luò)中.這是現(xiàn)有計算機網(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 語言標(biāo)準，所以程序開發(fā)較為方便，利于復(fù)用，能夠縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，調(diào)試與維護也比較方便.

五.結(jié)束語

通過上文中對嵌入式軟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)是一個前景廣闊的研究領(lǐng)域，同樣也是一個研究熱點.但是目前我國的軟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)以及如何提高運行系統(tǒng)的可移植性等方面都有待于研究和提高.