EASYV1.00嵌入式PLC的基本原理(一)

一、嵌入式PLC概念

嵌入式PLC是指在特定的控制裝置中實(shí)現PLC(Programable Logic Controller)編程語(yǔ)言的解釋、執行，使特定裝置在自身專(zhuān)用功能基礎上具有PLC的基本功能。

PLC編程語(yǔ)言(又稱(chēng)梯形圖語(yǔ)言)是一種面向工廠(chǎng)自動(dòng)化工人師傅的語(yǔ)言，具有簡(jiǎn)潔、直觀(guān)，面向工藝流程等許多優(yōu)點(diǎn)。PLC編程語(yǔ)言的出現使控制裝置中的硬件管和面向控制流程分離，PLC制造商專(zhuān)注于硬件及硬件管理，工廠(chǎng)自動(dòng)化人員借助梯形圖語(yǔ)言作二次開(kāi)發(fā)，使同一種PLC適用于不同的控制系統中，形成了可編程邏輯控制器(PLC)這種概念級產(chǎn)品。

但控制產(chǎn)品的設計已發(fā)展到一個(gè)追求個(gè)性化、差異化設計的階段。常規PLC無(wú)法進(jìn)入的市場(chǎng)，面臨更多的是個(gè)性化、差異化的壓力，如成本控制、特殊功能等。出現了工控機(IPC)、單片機嵌入板與更貼近個(gè)性化需求的控制產(chǎn)品。IPC在互連、表達、算法等方面優(yōu)勢明顯，單片機系統在成本控制上更加靈活。IPC由于加載了操作系統(如NT)其實(shí)時(shí)性、穩定性難以滿(mǎn)足連續控制的苛刻要求。更適合于監控，低層通常用PLC;單片機系統將硬件管理和用戶(hù)工藝流程控制混在一起，制約了它的標準化，并最終失去成本競爭優(yōu)勢。

嵌入式PLC正是面向IPC和單片機系統開(kāi)發(fā)的，它保留了PLC(借助梯形圖語(yǔ)言)硬件管理和工藝控制分離的優(yōu)勢，結合IPC和單片機提供的更個(gè)性化、差異化的設計方法，形成一種新的控制器設計理念。當我們在IPC中嵌入PLC的功能時(shí)，我們稱(chēng)之為基于PC　Base的嵌入式PLC，當我們在單片機中嵌入PLC功能時(shí)，我們稱(chēng)它為基于A(yíng)ll ON One的嵌入式PLC(片級嵌入PLC)。來(lái)特別說(shuō)明時(shí)，嵌入式PLC指片級嵌入式PLC，以下描述以科威公司EASY　V1.00嵌入式PLC為例。

二、嵌入式PLC軟件架構

1、總體結構

EASY　V1.00嵌入式PLC是一種實(shí)時(shí)性很強的操作系統軟件，總體結構包括三個(gè)層面。

①嵌入式PLC內核　它完成實(shí)時(shí)任務(wù)調度，梯形圖語(yǔ)言解釋、執行、通訊等基本功能，并提供二次開(kāi)發(fā)驅動(dòng)接口;

②二次開(kāi)發(fā)程序　通過(guò)內核提供的外掛任務(wù)，使用內核開(kāi)發(fā)各種面向具體對象個(gè)性化差異化的驅動(dòng)程序;

③終端應用程序　指面向工藝流程控制的梯形圖語(yǔ)言編程;

EASY　V1.00總體結構

對于二次開(kāi)發(fā)人員開(kāi)發(fā)面向個(gè)性化對象的驅動(dòng)程序，必須了解嵌入式PLC內核結構，尤其是驅動(dòng)接口設計方法，下面分塊介紹內核的各塊功能。

2、實(shí)時(shí)OS

面向小型單片機，一般的實(shí)時(shí)操作系統無(wú)法加載，OS/Ⅱ 占用了過(guò)多的資源，EASY　V1.00內核根據任務(wù)的類(lèi)別、實(shí)時(shí)要求、定制了一款專(zhuān)用實(shí)時(shí)OS，它無(wú)文件系統和內存管理兩部分。

①硬實(shí)時(shí)狀態(tài)下的搶占式并發(fā)任務(wù)管理

EASY　V1.00內核提供2.5ms基準時(shí)基，它作為一種不可剝奪的任務(wù)循環(huán)執行用于各類(lèi)任務(wù)的監控管理。

對于工控應用中的異步事件采用并發(fā)式任務(wù)管理，通過(guò)各類(lèi)中斷搶占任務(wù)的掛起、執行，每類(lèi)異步任務(wù)執行前，在2.5ms任務(wù)中注冊，執行后注銷(xiāo)，通過(guò)2.5ms時(shí)基監控并發(fā)任務(wù)的流量及阻塞狀況并報字到上一級任務(wù)調度。

在EASY　V1.00中，存在以下異步任務(wù)：

*通信數據鏈絡(luò )層的字節流

*梯形圖語(yǔ)言中的定時(shí)器

*二次開(kāi)發(fā)驅動(dòng)程序中的實(shí)時(shí)異步任務(wù)

并發(fā)任務(wù)管理是EASY　V1.00中最低層的任務(wù)管理，達到ms級實(shí)時(shí)效果，單位時(shí)間內(1ms)占用CPU機時(shí)峰值為:

R

T并=∑Niti

I=0

Ni-1ms內任務(wù)的最大執行次數，ti-i任務(wù)的一次執行最大時(shí)間。

EASY　V1.00并發(fā)任務(wù)實(shí)時(shí)數據

T片=3-45ms+t4

t4為用戶(hù)軟中斷任務(wù)占用時(shí)間和。

“掃描周期”指解釋、執行所有梯形圖指令并執行掃描結束處理所占用的時(shí)間，由于這期間有并發(fā)任務(wù)產(chǎn)生，“掃描周期”應包括并發(fā)任務(wù)占用時(shí)間。

R

并發(fā)任務(wù)占用比X=T并/ 1ms = (150ms+ΔT+∑Njtj)/1000ms =15%-100%

j=3

設用戶(hù)梯形圖含X條指令

T掃=(X.T片+ΔTend)/X