丁榮暉

（蘇州高博軟件技術職業(yè)學院，江蘇 蘇州215163）

1 引言

開關量控制系統(tǒng)是數控系統(tǒng)的一項重要內容，其工作內容是對機床IO 及控制面板進行科學控制。具體到實際應用中，主要內容有獨立硬件PLC、內嵌PLC、軟PLC。獨立硬件PLC 在工作中具有穩(wěn)定性好、技術相對成熟等特點。內嵌式PLC 在工作中，可以直接在數控系統(tǒng)內部完成對開關量的控制，因此，具有工作程序簡單、易操作等特點。然而，就當前實際情況來看，其中也存在諸多不足之處，如結構性封閉較差。

針對上述問題，基于Windows+RTX 操作系統(tǒng)平臺，對數控系統(tǒng)軟PLC 模塊的開發(fā)做出相應分析，并對相關技術要點進行了實驗。

2 軟PLC 模塊設計

2.1 軟件平臺選擇

本文基于Windows+RTX 操作系統(tǒng)平臺，對數控系統(tǒng)軟PLC 模塊展開分析。Windows 操作系統(tǒng)是業(yè)界廣受好評的操作系統(tǒng)，具備較好的開放性、軟件多樣可利用資源優(yōu)勢。然而，就當前實際情況而言，Windows 運行過程中都不是“硬實時”操作系統(tǒng)，因此在實際工作過程中很難滿足實際需求，這主要是由軟PLC 的實際運行特點及對限位及刀庫的控制模式所決定的。

而RTX 在正常工作中，可以同時提供進程間通信對象，能有效彌補單純采用Windows 的不足，并提供了高分辨率時鐘、定時器，以及中斷管理。這些內容都可以為開發(fā)人員提供可靠的參考數據。因此，采用Windows+RTX 相結合的平臺，能夠充分發(fā)揮兩種系統(tǒng)的優(yōu)勢，有利于改善傳統(tǒng)系統(tǒng)模式的不足，有助于PLC 模塊的進一步研發(fā)，并且在與CNC系統(tǒng)的通信共同使用過程中，能夠有效達到合理控制機床開關量的目的。

2.2 軟PLC 設計結構

軟PLC 設計過程主要由兩部分組成，具體如圖1 所示。由圖1 可知，軟PLC 在RTSS 環(huán)境中工作，其相關工作流程是根據以上步驟所完成的。整個工作過程中，伴隨數控系統(tǒng)的正常運行，通過不同任務欄的相互數據轉換，從而完成工作，并實現數控系統(tǒng)控制的目的。

圖1 軟PLC 設計過程

3 軟PLC 運行系統(tǒng)的設計

3.1 任務執(zhí)行模塊

任務執(zhí)行模塊工作流程如圖2 所示。

任務執(zhí)行模塊啟動后的工作過程可視為一個循環(huán)。這一循環(huán)過程中，相關任務執(zhí)行模塊首先從指令庫讀取相關信息，然后對相關數據進行分析，根據分析的數據結果，通過執(zhí)行函數進行數據處理，然后開始下個循環(huán)工作模式。當接受End 指令后，任務執(zhí)行模塊則會停止工作，也就是完成了軟PLC 的正常工作任務。

3.2 系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理模塊是軟PLC 運行的核心內容，其主要功能是負責整體數據處理及相關資源管理工作。

軟PLC 正常工作時，針對系統(tǒng)管理模塊的具體工作流程如圖3 所示。

圖2 任務執(zhí)行模塊工作流程

圖3 針對系統(tǒng)管理模塊的具體工作流程

系統(tǒng)管理模塊工作時，先通過計算機Time Count++來處理系統(tǒng)中相應的數據信息，然后開啟管理系統(tǒng)模塊、開啟IO模塊，待IO 讀寫結束后，系統(tǒng)模塊會及時開啟高速執(zhí)行任務。當Time Count 為4 的倍數時，則會開啟普通任務執(zhí)行模塊。

3.3 I/O 模塊

I/O 模塊同樣是軟PLC 設計中的一項重要組成部分，其主要工作職責是負責數據的輸入、輸出工作。軟PLC 工作流程如圖4 所示，當系統(tǒng)進入實際工作時，首先會初始化IPC及其他全局變量，之后系統(tǒng)則會創(chuàng)建系統(tǒng)管理線程，并通過任務執(zhí)行任務線程以及IO 線程，構建適合PLC 正常運行的系統(tǒng)環(huán)境。然后，系統(tǒng)在正常工作模式下，系統(tǒng)管理線程負責調度其他線程工作，并通過控制整個系統(tǒng)模塊，完成相關功能的控制工作。最后當任務結束時，系統(tǒng)會停止工作，并自行退出整個工作程序。

圖4 軟PLC 工作流程

3.4 軟PLC 多任務系統(tǒng)的同步與通信

軟PLC 正常工作時，主要是通過4個模塊來進行工作，并配合多線程技術來實現相關功能。IPC 對象在進行線程同步通信過程中，主要用到7個IPC 對象，具體如表1 所示。

表1 軟PLC 運行系統(tǒng)IPC 對象

3.5 軟PLC 運行系統(tǒng)測試

此次設計中為了進一步驗證軟PLC 的相關功能，可采用實驗平臺進一步加以驗證，具體如圖5 所示。該軟件平臺采用Windows XP+RTX6.5 系統(tǒng)，硬件平臺為PC、固高GO400 運動控制卡、固高IO 端子卡及LED 燈測試板。

圖5 驗證軟PLC 的相關功能

測試結果表明，基本指令執(zhí)行時間為0.01 μs，功能指令的執(zhí)行時間為0.015 μs。同時實際推斷結果能夠發(fā)現，該軟PLC 執(zhí)行500 條指令所用的時間僅為0.007 ms，因此，該PCL 在實際工作過程中，能夠高效率完成相關指令操作，具有較好的使用性能，可以勝任機床開關的相關操作任務。

4 結語

總而言之，數控系統(tǒng)軟PLC 模塊的研究與開發(fā)是一項復雜的工作，采用軟PLC 系統(tǒng)能夠有效完成數控系統(tǒng)開關的相關功能操作，并且具有一定的開放性與兼容性。然而具體到實際使用過程中，由于Windows 運行過程中都不是“硬實時”操作系統(tǒng)，因此在工作過程中很難滿足實際需求。因此，該平臺工作中采用的是Windows+RTX 操作系統(tǒng)，經過實際測試，判定軟PLC 在該環(huán)境中能夠正常運行，并高效完成了相關操作。