2017年5月23日

軟PLC運行系統的任務劃分及實現|加工中心

3.2軟PLC運行系統的任務劃分及實現由2.4節可知，本軟PLC運行系統由通信接口模塊、系統管理模塊、程序執行模塊、存儲模塊和I/O接口模塊五個模塊組成，每個模塊用于完成指定功能。根據軟PLC運行系統的工作原理對每個模塊的任務進行了劃分：與軟PLC開發系統的通訊任務、與軟CNC的通訊任務、與HMI界面的通訊任務、普通程序執行任務、快速程序執行任務、用戶程序存儲任務、指令存儲任務、數據存儲任務和I/O讀、寫任務以及系統管理任務，軟PLC運行系統任務組成如圖3.1所示。 3. 2. 1系統管理模塊系統管理模塊是軟PLC系統的“控制核心”。軟PLC運行系統啟動后首先進入系統管理模塊，利用InitialPLCObjectsG函數定義并初始化PLC全局對象，接著創建任務管理線程JobSchedulerThread和其它任務線程，在任務管理線程 JobSchedulerThread調度下各任務線程順序執行。當用戶程序循環結束后，系統管理模塊刪除所有任務對象、事件句柄、釋放內存空間等計算機資源，對應工作流程如圖3.3所不。3. 2. 2程序執行模塊程序執行模塊通過解釋和執行PLC指令函數完成相應的邏輯運算，分為快速程序執行和普通程序執行兩個子模塊。前者用于處理實時性要求較高的信號，如急停信號、限位開關信號等等，執行周期5ms;后者則用來處理一般的循環掃描任務，執行周期20ms。它們是兩個獨立的任務線程，執行指令函數的流程相同：先從指令存儲模塊讀取PLC指令、判斷指令類型，接著調取軟PLC指令函數進行運算，最后將運算結果保存在數據存儲模塊，然后循環執行指令，當執行 END指令后退出循環，完成一次用戶掃描程序，執行流程如圖3.4所示。 3. 2. 3通訊接口模塊通訊接口模塊是精工應用程序之間通訊的通道，用于軟PLC運行系統與開發系統、軟CNC、人機界面HMI以及其它第三方程序的數據交換。其中軟PLC運行系統與開發系統采用COM^COM方式進行通訊，即開發系統作為客戶端向運行系統發送用戶程序，運行系統作為服務器端接收用戶程序并反饋軟PLC的運行狀態。軟PLC運行系統與軟CNC、人機界面HMI是精工程序中的三個進程，它們通過訪問軟PLC運行系統創建的共享內存區PLC_CNCBuffer、PLC_HMIBuffer 進行數據交換。由于軟PLC運行系統和軟CNC都是運行在RTSS環境下兩個進程，所以利用RTX提供的IPC (進程通訊對象）可實現數據通訊任務；而人機界面HMI是運行在Win32環境下的非實時應用程序，它與軟PLC運行系統是不同控制內核下的兩個進程，由于Win32進程優先級低于任何一個RTX進程，所以在軟PLC運行系統啟動后人機界面HMI進程無法獲得CPU資源將數據寫入共享內存PLC_HMffiuffer，因此需要解決Win32程序與RTX程序CPU資源的分配問題，通常有以下兩種方法：定時分配CPU資源定時分配CPU資源是指定一個事件，一旦觸發該事件RTX子系統就中斷在正在運行的軟PLC任務線程，將CPU資源讓給Win32環境下的應用程序，使人機界面進程將數據寫入共享內存PLC_HMffiuffer中。中斷事件對象由軟PLC運行系統利用函數RtCreateEvent〇創建，中斷等待的時間由用戶設置。使用互斥體對象互斥體對象是操作系統內核的一種數據結構，只允許獲得該對象的任務線程訪問共享資源。利用互斥這一特性，首先在人機界面HMI程序中利用函數 RtCreateMutexG創建一個互斥體對象，雖然軟PLC運行系統的優先級高于人機界面HMI進程，但軟PLC任務線程無法訪問共享內存PLC_HMIBuffer中數據，必須等待HMI線程調用RtCloseHandleO函數釋放掉互斥對象句柄 h_mutexHMIPLC后才能訪問該區域，在等待的這個時間片內Win32應用程序獲得CPU資源，人機界面HMI線程將數據寫入共享內存PLC_HMIBuffer,并讀取軟PLC給人機界面的數據，顯示在人機界面上。相比較定時分配CPU資源，使用互斥體對象等待的時間由操作系統分配，占用軟PLC循環掃描的時間較少，因此本軟PLC運行系統采用互斥體對象實現軟PLC與人機界面HMI之間的通訊任務。由于通訊過程類似，這里僅以軟PLC運行系統與人機界面HMI的通訊為例說明其執行流程，如圖3.5所示。3. 2.4 I/O接口模塊I/O接口模塊是軟PLC系統與外部I/O輸入輸出模塊進行數據交換的通道，用于將I/O輸入輸出模塊采集到的機床信號讀入軟PLC輸入映像區，同時將輸出映像區中狀態輸出給I/O端口。其執行過程分為兩步：第一，根據軟PLC數據存儲區中I/O端子分配表與對應物理節點變量建立映射關系，完成端口配置；第二，調用I/O接口模塊的讀寫任務線程，在輸入刷新和輸出刷新階段完成與外部I/O輸入輸出模塊的數據交換。軟PLC系統采用SoftSERCANS被動式主站卡作為作為精工系統的接口，所以I/O輸入輸出模塊先將采集到的數據信息存儲在SERCOS I/O從站，由從站向主站發送中斷請求，將數據包發送給主站，軟PLCI/0接口模塊通過讀寫 SoftSERCANS被動式主站卡雙口存儲區中數據與外部I/O模塊進行數據交換，本文第四章對軟PLC控制系統接口進行了詳細的分析，這里只給出它們數據傳遞過程。3. 2. 5存儲模塊存儲模塊存儲了軟PLC運行系統中所有的數據、操作指令和數據地址，可表示為：存儲模塊=數據地址+數據+操作指令，因此分為：用戶程序存儲區、數據存儲區和指令存儲區。在執行用戶程序前，程序執行模塊將每一個軟元件的信息存儲到指令鏈表中供執行程序時調用。數據存儲區數據存儲區保存了所有軟元件的狀態，按照數據的來源分為：輸入映像區(I)、輸出映像區(Q)、軟PLC內部存儲區(R)、定時器區(T)、計數器區(A)、本地通訊存儲區(L)、HMI通訊存儲區(P)和CNC通訊存儲區(C),每個區域所包含的信息見表3.1。表3.1軟PLC運行系統數據存儲區 Table 3.1 Data store of SoftPLC running system 數據類型標識符含義功能 unsigned char I 輸入映像區存儲所有輸入軟元件的狀態 unsigned char Q 輸出映像區存儲所有輸出軟元件的狀態 unsigned char R 內部存儲區存儲軟PLC內部的數據 unsigned char T 定時器區存儲定時器的數據 unsigned char A 計數器區存儲計數器的數據 unsigned char L 本地通訊存儲區存儲與Sercos的通信數據 unsigned char P HMI通訊存儲區存儲與人機界面HMI的通信數據 unsigned char C CNC通訊存儲區存儲與軟CNC的通信數據軟PLC運行系統以結構體的形式為每個存儲區域分了配內存空間，除軟PLC 內部存儲區、輸入映像區、輸出映像區外，其余每個存儲區域有256個軟邏輯位供外部的物理元件使用。以本地通訊存儲區為例，它存儲了軟PLC與Sercos的通訊數據。(3)指令存儲區指令存儲區存儲了軟PLC系統的全部指令函數，當執行用戶程序時，系統從指令庫中調取操作函數完成對操作數的運算，有關軟PLC指令的設計與實現詳見本章第四節。本文采摘自“五軸精工加工中心軟PLC控制系統的研究”，因為編輯困難導致有些函數、表格、圖片、內容無法顯示，有需要者可以在網絡中查找相關文章！本文由海天精工整理發表文章均來自網絡僅供學習參考，轉載請注明！

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