嵌入式軟PLC 的設計與研究

一.引言

嵌入式系統是一個(gè)嵌入到對象體系中的專(zhuān)用的計算機系統，主要應用與各種類(lèi)型的信號處理與控制.當前在國防.國民經(jīng)濟以及社會(huì )生活的各領(lǐng)域都得到了廣泛的應用，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(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 機的開(kāi)放架構以及多資源這些優(yōu)點(diǎn)集中于一體，涵蓋了PLC 用戶(hù)的多種需要.

嵌入式軟PLC 技術(shù)是指由軟PLC 技術(shù)與嵌入式系統相結合而由此而產(chǎn)生的高新技術(shù).繼承了嵌入式系統體積小以及反應快的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也克服了傳統PLC 的不能通用的特性等弊端.嵌入式軟PLC 將自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)知識，用高附加值的方式在嵌入式行業(yè)規模經(jīng)濟基礎上加以發(fā)展提高，比傳統的PLC 結構更加開(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 系統的結構

嵌入式軟PLC 系統一般由開(kāi)發(fā)系統與運行系統兩個(gè)部分組成.

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

1.1 嵌入式軟PLC 系統是以IEC31131 標準的基礎之上發(fā)展起來(lái)的，所以開(kāi)發(fā)系統一般都這可以支持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語(yǔ)言編寫(xiě)的源程序編譯成和它等價(jià)的低級語(yǔ)言目標程序.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.代碼有限以及目標代碼生成這6 個(gè)階段.

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

IEC61131-3 標準里定義了三類(lèi)圖形化語(yǔ)言：FDB.LD.SFC.LD 語(yǔ)言是一類(lèi)類(lèi)匯編的文本語(yǔ)言，很容易將它編譯成機器語(yǔ)言.

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

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

運行系統可以通過(guò)RS232.RS485.TCP/IP 或者是Modbus 等通信協(xié)議以實(shí)現與HMI 軟件的通信，最終構成監控與數據采集系統.嵌入式軟PLC 控制功能的實(shí)現需和相應的I/O 模塊或者現場(chǎng)總線(xiàn)相配合.

嵌入式軟PLC 的運行系統首先是從開(kāi)發(fā)系統上吧應用程序目標diamante 下載到本地目錄，隨后IO 模塊與現場(chǎng)總線(xiàn)將現場(chǎng)所采集到的信號輸入到系統中.運行系統則通過(guò)對輸入的信號進(jìn)行預處理，然后執行應用程序，最后再通過(guò)I/O 模塊與現場(chǎng)總線(xiàn)輸出對應的控制信號，從而最終完成既定的控制功能.

另外，需要補充的一點(diǎn)是嵌入式軟PLC 系統較為理想的硬件設備應該具備運算能力強以及程序容量大和接口豐富的特點(diǎn)，因此，通常PLC 系統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(jiǎn)化了工程的自動(dòng)化體系結構，將控制和通信以及各種的特定應用合為一體，運用到了同一個(gè)的硬件平臺.相對于較傳統的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.嵌入式軟PLC的產(chǎn)品可以被廣泛應用到數據采集.木材加工.醫藥以及檢測設備.包裝工業(yè)等場(chǎng)合.

三.嵌入式軟PLC 系統的通信

1.嵌入式軟PLC 系統的通信接口

嵌入式軟PLC 系統中，開(kāi)發(fā)系統與運行系統是運行在不同的硬件平臺之上，因此兩個(gè)系統之間需要通信才能保持好協(xié)調工作.此外，嵌入式軟PLC 系統通常應用于控制工業(yè)現場(chǎng)的設備，因此在運行系統與現場(chǎng)I/O 設備之間也要進(jìn)行通信.開(kāi)發(fā)系統有一個(gè)通信接口使用在與運行系統的通信，而運行系統則需要有兩個(gè)通信接口，一個(gè)是和開(kāi)發(fā)系統的聽(tīng)信，另一個(gè)則是用于與現場(chǎng)I/O 設備的通信.

2.Modbus 通信協(xié)議

嵌入式軟PLC 系統常用的通信協(xié)議包括Modbus.TCP/IP.RS232 以及RS485.TCP/IP 是互聯(lián)網(wǎng)的標準協(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 設備的通信之中.Modbus 是MODICON 公司為其自己的PLC 設計的一個(gè)通信協(xié)議.通過(guò)24 中總線(xiàn)命令實(shí)現PLC 外界的信息交換.數據傳輸是主/從式，報文形式為請求/ 響應幀方式.

四.嵌入式軟PLC 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

嵌入式軟PLC 技術(shù)是嵌入式系統與軟PLC 技術(shù)的完美結合.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的長(cháng)處.它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.嵌入式軟PLC 系統具有較開(kāi)放的硬件體系結構，用戶(hù)可以根據子的需要自由選擇合適的硬件平臺來(lái)構建滿(mǎn)足用戶(hù)需求的控制系統.

2.嵌入式軟PLC 系統的指令集相比于傳統PLC 的指令集更加的豐富，大大方便了用戶(hù)去編寫(xiě)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?xún)r(jià)比得到了飛速的發(fā)展.

4.嵌入式軟PLC 系統具有較為開(kāi)放的架構與標準，產(chǎn)品可同時(shí)加入到PLC 網(wǎng)絡(luò )和標準的計算機網(wǎng)絡(luò )中.這是現有計算機網(wǎng)絡(luò )的很多研究的成果可以很容易的應用于PLC 控制技術(shù)中.

5.嵌入式軟PLC 技術(shù)是基于IEC61131-3 語(yǔ)言標準，所以程序開(kāi)發(fā)較為方便，利于復用，能夠縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，調試與維護也比較方便.

五.結束語(yǔ)

通過(guò)上文中對嵌入式軟PLC 系統的結構以及通信接口協(xié)議的分析，以及與傳統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以及如何提高運行系統的可移植性等方面都有待于研究和提高.