基于嵌入式软PLC分布式控制系统设计.pdf
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1、计算机测量与控制 ()C o m p u t e r M e a s u r e m e n t&C o n t r o l 控制技术 收稿日期:;修回日期:.基金项目:年度广西高校中青年教师科研能力提升项目(K Y ).作者简介:李可成(),男,广西南宁人,大学本科,工程师,主要从事电气自动化控制技术方向的研究.引用格式:李可成基于嵌入式软P L C分布式控制系统设计J计算机测量与控制,():文章编号:()D O I:/j c n k i /t p 中图分类号:T P 文献标识码:A基于嵌入式软P L C分布式控制系统设计李可成(广西工业职业技术学院 智能制造学院,南宁 )摘要:为了确保P
2、C端主机所生成指令程序满足P L C控制原则,使P L C编程器的逻辑编译能力得到保障,提高指令编码准确性,设计基于嵌入式软P L C分布式控制系统;根据软P L C定义标准,确定系统结构的组成形式,再通过分析工作执行机制的方式,完成对嵌入式软P L C系统的技术基础研究;在分布式体系中,同时开发I/O驱动程序与P L C执行程序,并联合下级P L C编程器设备,确定C O D E S Y S工程组件的实时运行状态,完成分布式控制系统的I/O组件设计;按照实时内核的进入与退出模式,定义分时映像区取值范围,借助数据库主机中存储的控制指令执行程序,求解指令逻辑栈表达式,实现对软P L C驱动模式的
3、规范,完成基于嵌入式软P L C分布式控制系统设计;实验结果表明;实验所选 条指令程序的P C端输出结果均满足P L C控制原则,在保障P L C编程器逻辑编译能力方面具有突出作用价值,且能够有效提高指令编码准确性.关键词:嵌入式布局;软P L C;分布式控制系统;I/O驱动程序;实时内核;分时映像区D e s i g no fD i s t r i b u t e dC o n t r o l S y s t e mB a s e do nE m b e d d e dS o f tP L CL IK e c h e n g(I n t e l l i g e n tM a n u f a
4、c t u r i n gC o l l e g e,G u a n g x i I n s t i t u t eo f I n d u s t r yT e c h n o l o g y,N a n n i n g ,C h i n a)A b s t r a c t:I no r d e r t oe n s u r e t h a t t h e i n s t r u c t i o np r o g r a mg e n e r a t e db yh o s t c o m p u t e r a tP Cs i d em e e t sP L Cc o n t r o l p
5、 r i n c i p l e,e n s u r e t h e l o g i cc o m p i l a t i o na b i l i t yo fP L Cp r o g r a mm e r,a n di m p r o v et h ea c c u r a c yo f i n s t r u c t i o nc o d i n g,ad i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e mb a s e do ne m b e d d e ds o f tP L Ci sd e s i g n e d A c c o r d i n
6、g t o t h ed e f i n i t i o ns t a n d a r do f s o f tP L C,t h e c o m p o s i t i o n f o r mo f t h e s y s t e ms t r u c t u r e i sd e t e r m i n e d,a n dt h e nt h e t e c h n i c a l b a s i c r e s e a r c ho f t h ee m b e d d e ds o f tP L Cs y s t e mi s c o m p l e t e db ya n a l y
7、 z i n gt h ew o r ke x e c u t i o nm e c h a n i s m I nt h ed i s t r i b u t e ds y s t e m,t h e I/Od r i v e ra n dP L Ce x e c u t i o np r o g r a ma r ed e v e l o p e da t t h es a m e t i m e,a n dt h er e a l t i m eo p e r a t i o ns t a t eo f t h eC O D E S Y Se n g i n e e r i n gc o
8、 m p o n e n t s i sd e t e r m i n e di nc o n j u n c t i o nw i t ht h e l o w e r l e v e lP L Cp r o g r a mm e re q u i p m e n t t oc o m p l e t e t h e I/Oc o m p o n e n t d e s i g no f t h ed i s t r i b u t e dc o n t r o l s y s t e m T h e r a n g eo f t h e t i m e s h a r i n g i m
9、a g e a r e a i sd e f i n e db yt h ee n t r ya n de x i tm o d e so f t h e r e a l t i m ek e r n e l W i t ht h eh e l po f t h ec o n t r o l i n s t r u c t i o ne x e c u t i o np r o g r a ms t o r e d i nt h ed a t a b a s eh o s t,t h e i n s t r u c t i o n l o g i c s t a c ke x p r e s
10、s i o n i s s o l v e d,t h e s p e c i f i c a t i o no f t h e s o f tP L Cd r i v em o d e i s r e a l i z e d,a n d t h ed i s t r i b u t e dc o n t r o l s y s t e md e s i g nb a s e do nt h ee m b e d d e ds o f tP L Ci s c o m p l e t e d T h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o wt
11、h a t t h eP Co u t p u t r e s u l t so f t h e i n s t r u c t i o np r o g r a m ss e l e c t e d i nt h i se x p e r i m e n t a l lm e e t t h eP L Cc o n t r o lp r i n c i p l e,h a v et h eo u t s t a n d i n gv a l u e i ne n s u r i n gt h e l o g i cc o m p i l a t i o na b i l i t yo f t
12、 h eP L Cp r o g r a mm e r,a n d i t c a ne f f e c t i v e l y i m p r o v e t h ea c c u r a c yo f i n s t r u c t i o nc o d i n g K e y w o r d s:e m b e d d e d l a y o u t;s o f tP L C;d i s t r i b u t e dc o n t r o l s y s t e m;I/Od r i v e r;r e a l t i m ek e r n e l;t i m e s h a r i
13、n g i m a g ea r e a引言嵌入式系统是一种专用型计算机处理系统,以计算机技术作为构建基础,在软硬件方面具有独立可裁剪的能力,对程序可靠性、程序功能等因素具有严格要求.S O C片上系统是嵌入式系统的重要组成形式,可以将包括C P U元件在内的多种外设控制器设备集成在几个独立芯片结构之上,故而S O C嵌入式系统的体积相对较小、功耗成本相对较低,能够适应多种不同的互联网应用环境.P L C作为设备和装置的核心控制器设备,能够借助I/O组件安装在机架结构之上,并可以按照智能化编程原则,改写系统主机内的原有程序编码原则,从而使得下级设备部件的无缝连通能力大幅提升.由于P L C控制
14、体系的运行需要多个应用部件的共同配合,所以在更换另一种硬件设备时,也需要重新编写相关软件执行程序.软P L C在保留传统P L C应用功能的基础上,采用面向现场总线网络的体系设计结构,全面开放了高速串口、通信接口等以太网连接通路,通过多语言编程的处理方式,修改原有执行程序的编译形式,从而将多个数据开放通路同时转接至T C P/I P网络之中.然而对于P C端主机而言,若所生成指令程序不能满足P L C控制原则,则会使P L C编程器的逻辑编译能力大幅下降,从而造成网络体系投稿网址:w w wj s j c l y k z c o m第期李可成:基于嵌入式软P L C分布式控制系统设计 出现混乱
15、运行状态.文献 设计了基于工控业务仿真的高交互可编程逻辑控制器蜜罐系统,设置了过程仿真循环与服务仿真循环闭环体系,又在M a t l a b/S i m u l i n k应用软件的作用下,完善了主机端元件与执行端元件之间的协同工作模式.然而在指令程序较为复杂的情况下,该系统并不能确保程序样本的编码形式完全符合P L C控制原则,因此,其对于编程器元件逻辑编译能力的保障作用也就无法达到实际需求标准.为此,设计了基于嵌入式软P L C分布式控制系统.嵌入式软P L C系统技术基础嵌入式软P L C应用技术可以在更改系统结构布局形式的同时,完善基础工作执行机制,本章节将针对上述内容展开研究.软P
16、L C定义嵌入式软P L C系统的实现需要嵌入式系统组件、软P L C系统组件的共同配合,简单来说,就是利用软P L C技术控制嵌入式系统平台,再利用软件编程为P L C逻辑结构提供基础运算环境,最后将处理后的软件程序完整封装进嵌入式系统执行平台,以用于对下级应用元件进行控制.由于嵌入式软P L C系统包含嵌入式系统、软P L C系统的全部运行特点,所以定义其模式特征时应注意如下几方面内容:)开放式控制平台与相关软件控制程序必须遵循相同的编码原则,在软P L C控制端口闭合的情况下,嵌入式端口也应随之进入闭合状态,且两个端口之间的数据信息样本不可以出现误传、反传行为,即控制程序运行指令只能由一
17、个端口指向另一个端口,且这种指向性指令传输行为运行模式不具备可逆性.)当软P L C控制程序植入嵌入式系统后,P L C逻辑结构的运行模式会发生变化,当前情况下,分布式主机对于控制执行指令的编码速率较快,软P L C控制端口内的数据信息样本被快速消耗,故而整个P L C控制系统的运行速度也相对较快.)在多类型软件程序同时存在的情况下,嵌入式系统主机运行速率始终比软P L C系统主机运行速率更快,当控制指令累积量达到数据库主机最大编码条件时,两类系统运行速率同时下降,直至已累计指令样本被P L C编码软件完全消耗.系统结构组成嵌入式软P L C分布式控制系统由硬件、软件两部分共同组成.硬件部分是
18、系统的应用基础,主要包括I/O组件、C P U设备、P L C内核、软移植内核等多种应用设备;软件部分是控制功能实现的关键,可以按照相关硬件设备的运行状态,制定必要的控制任务执行指令.分布式控制系统基本布局如图所示.I/O组件是嵌入式软P L C分布式控制系统硬件的核心,负责分析P L C软件程序,并可以根据控制指令约束条件,图嵌入式软P L C分布式控制系统结构组成图完成数据样本的处理.嵌入式存储器设备直接控制下级R OM结构,其内核组件上集合了多个外设接口,能够满足软P L C系统多种不同的控制需求,由于访问中间件、I/O驱动器设备、R OM结构之间保持稳定的并列连接关系,所以P L C内
19、核、软移植内核、嵌入式存储器单元的任何指令行为都不会对下级设备结构的应用能力造成影响.随着嵌入式软P L C系统所承担控制指令任务量的增大,应用软件层内控制任务的定义量也会不断增大,直至指令运行量达到系统数据库主机的最大存储条件.工作执行机制简单来说,分布式控制系统工作执行机制就是将嵌入式系统输出的指令程序改写成符合软P L C系统运行需求的编码形式,但由于软P L C定义标准会随着控制指令累积量的增大而改变,所以初始化控制系统时,要求代码执行文件样本、控制程序编辑序列必须使用相同的定义模板.控制系统开发环境与运行环境是两个完全独立的执行体系,前者通过配置嵌入式硬件设备的方式,确定P L C控
20、制网络内编译文本的设置规则,再联合待编辑的控制程序,生成完整的代码执行文件,以供系统控制主机的直接调取与利用;后者可以在初始化控制系统的同时,实施对P L C程序的编码,并可以根据程序代码扫描文件中样本序列的定义规则,判断输出代码文件与系统控制需求之间的匹配性关系.系统开发环境与运行环境之间工作执行机制的对应标准如图所示.图分布式控制系统执行机制详解图由于一个嵌入式硬件设备所输出的控制指令需要供给多个运行程序选择,所以开发环境与运行环境之间的对应关系并不满足单一性原则.投稿网址:w w wj s j c l y k z c o m计算机测量与控制第 卷 控制系统I/O组件设计基于嵌入式软P L
21、 C分布式控制系统的设计,需借助I/O组件完成对P L C程序的编写及C O D E S Y S工程的设置,但由于分布式运行体系不仅模式相对较为复杂,所以为实现对组件设备间连接关系的判断,还要考虑I/O驱动程序的开发与编译原则.分布式运行体系分布式运行体系是指主机对象与服务器对象分别对应的系统运行模式,一般来说,嵌入式硬件应用平台中的主机对象与服务器对象只能保持一一对应关系,即随着P L C控制程序输出量的增大,对应映射关系的存在组别数量也会不断增大.在软P L C控制系统中,分布式运行体系布局形式如图所示.图软P L C系统分布式运行体系的基础架构可以将已编码、未编码的指令程序区分开来,其中
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