基于IEC61131-3標準的嵌入式軟PLC虛擬機的設計與實現(xiàn).pdf

1、從20世紀90年代中期以來，隨著計算機和軟件技術的不斷發(fā)展，基于PC平臺、嵌入式操作系統(tǒng)和控制應用軟件的控制器正越來越多地與傳統(tǒng)工業(yè)控制相結合，實現(xiàn)更加精確高效的邏輯和運動控制?？删幊踢壿嬁刂破?Programmable Logic Controller，以下簡稱PLC)在工業(yè)控制系統(tǒng)中，正起著越來越重要的作用。本論文研究并設計了以IEC6113-3為語言標準的基于虛擬機概念的可嵌入式PLC軟件模塊平臺。該PLC平臺符合國際標準且易于使

2、用，具有可擴展性，為開放式控制器發(fā)展提供了新的思路，進行了有益的實踐。 作者分析了虛擬機的基本組成和功能，結合工業(yè)控制中PLC應用的特點提出了PLC虛擬機的概念。通過對傳統(tǒng)的硬件PLC系統(tǒng)進行研究，作者對其進行了軟件抽象，設計并實現(xiàn)了PLC虛擬機系統(tǒng)。該系統(tǒng)是具有快慢邏輯任務調(diào)度機制、與硬件無關的指令系統(tǒng)并管理相關軟硬資源的軟PLC平臺。PLC虛擬機采用嵌入式的軟件結構來開發(fā)，由一組軟件模塊組成，每一模塊具有確定的功能。所有模塊

3、都封裝在動態(tài)連接庫中，并提供頭文件給用戶。用戶可以加載PLC虛擬機的模塊嵌入到自己的控制軟件中，通過調(diào)用各模塊提供的接口實現(xiàn)PLC各種功能。 作者在認真學習IEC6113-3標準的基礎上，分析和歸納了該標準中梯形圖編程語言要素的需求。根據(jù)需求設計了標準中主要梯形圖元件對象的數(shù)據(jù)結構和功能；設計了元件庫的數(shù)據(jù)結構和操作功能，實現(xiàn)了易于擴展的元件庫；設計和實現(xiàn)了梯形圖程序文件存儲的數(shù)據(jù)結構、變量類型和數(shù)據(jù)類型。 在結合課題實

4、際情況的條件下設計和實現(xiàn)了PLC虛擬機雙任務調(diào)度，即快邏輯任務和慢邏輯任務之間的調(diào)度?？爝壿嬋蝿帐且粋€需要定時執(zhí)行的任務，該任務必須在二個系統(tǒng)采樣周期內(nèi)執(zhí)行完成。慢邏輯任務是一個無限循環(huán)，它可以在幾個系統(tǒng)采樣周期內(nèi)完成。 采用了完全面向?qū)ο蟮脑O計方法開發(fā)PLC虛擬機。設計并實現(xiàn)了一套自主設計的PLC虛擬機指令系統(tǒng)，PLC虛擬機資源模型和解釋運行器。該指令系統(tǒng)實現(xiàn)了67條指令(見附錄1)，每一條指令都被設計成為對象并使用了多態(tài)技術