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軟PLC系統運行平臺的選擇
閱讀：95 發布時間：2020-8-121. 五軸數控加工中心軟PLC系統運行平臺及總體結構
2.1軟PLC系統運行平臺的選擇
軟PLC是運行在計算機上的應用軟件，需要硬件平臺和操作系統的支持。 根據當前軟PLC系統運行硬件平臺的不同，有以下三種控制方案[3Q]:
(1)基于傳統PLC的控制方案。
該方案以傳統PLC硬件為運行平臺，將廠商開發的軟PLC運行系統固化在 硬件上，通過RS232串口及通訊協議下載開發系統中的用戶PLC程序，在傳統 PLC硬件上運行后將控制信號輸出。此方案保留了傳統PLC的硬實時性。
基于嵌入式控制器的控制方案。
| 該方案是以嵌入式實時操作系統（VxWorks、pC/OS-II等）作為軟件運行平 臺，把軟PLC運行系統做成固件嵌入到小型計算機系統中的控制器上，在Win32 環境下編寫PLC控制程序，利用標準通訊協議下載用戶程序交由PLC運行系統 運行，完成控制信號的輸出。 |
(3)基于通用PC的控制方案。
該方案采用Windows NT、RTLinux等操作系統作為軟件運行平臺，軟PLC的開發系統和運行系統可獨立運行在同一臺計算機系統上，軟PLC運行系統利 用通用I/O板卡或現場總線對外部設備進行控制，易于實現工業的網絡化控制。
基于PC的軟PLC控制方案能夠充分利用PC機的高性能處理器進行大量復 雜數據的計算、具有開放的控制體系和豐富的軟、硬件資源，易于維護、性價比 高等優點，適合開放式數控系統模塊化、標準化、。而方案一和方案二的軟PLC 運行系統只能在特定的硬件環境中運行，并未實現真正意義上的開放，無法進行 升級，通用性較差。因此，本文選用基于PC的控制方案設計軟PLC控制系統
數控系統中的軌跡插補模塊是根據進給軸的位置信息進行插補運算，它需控 制系統在定時點調度插補功能來保證精確的插補周期，對操作系統的實時性要求 很高。同樣軟PLC系統也必須具備一定的實時控制能力才足以完成對機床急停 信號、超程等信號的處理，雖然軟PLC本身并不具備實時性，但它的實時控制 功能可依靠操作系統的實時性來保證，因此選擇一個開放的且適合的實時操作系 統尤為重要，常用的有以下幾種實時操作系統：
基于Windows的實時擴展操作系統 Windows是一個窗口式的多任務操作系統，有利于人機界面的開發和多任務 的并行處理，雖然它不是實時操作系統，但通過改造系統內核可使位于Ring3層 (低特權級）的應用程序躍至RingO層（高特權級）直接訪問CPU和PC機的硬件，從而實現Windows操作系統的實時性控制[31]。具體改造方法如下： 一種是直接對Windows系統內核進行改造，這是利用RTX或Intime等實時軟件 向Windows系統內核增加實時補丁程序來直接訪問PC硬件設備。另一種是從系 統外部對Windows進行實時擴展。例如：利用某些軟件工具對計算機定時器、 時鐘芯片、中斷控制器等PC硬件進行直接操作，從而實現PC數控系統所需的 實時控制功能。圖2.4為基于RTX的Windows實時擴展操作系統的基本結構。
(2 )基于RTLinux的實時操作系統
Linux是一個支持多任務，具有開放的源代碼和可向系統內核動態添加模塊 的操作系統。美國新墨西哥工學院通過改造Linux，開發出了 RTLinux實時操作 系統。RTLinux建立一個新的實時內核來控制PC機的硬件，實現搶先式優先級 的調度，其基本結構如圖2.5所示。由于實時內核可*搶占Linux的任務，所 以RTLinux的響應速度特別快。即使在PC386機器上其中斷響應不會超過15@ (微秒），因此RTLinux能很好地滿足PC數控系統對實時性的要求。
基于嵌入式的實時操作系統
RTOS(Real Time Operating System,嵌入式實時操作系統)的軟件代碼小；軟、 硬件可裁剪；具有良好的可靠性和穩定性，被應用于工業和軍事中對系統響應要 求較高的設備。但RTOS是一種的計算機系統，它不具備開放性這一特點， 應用范圍有限。典型的RTOS產品如：WindRiver System公司的VxWorks、 pC/OS-II 以及 RTXC 等等。
基于DOS的實時操作系統
DOS操作系統小巧靈活、穩定性好、可直接訪問設備硬件層，被廣泛應用 在工業控制領域。雖然DOS是非實時單任務操作系統，但利用DOS運行在CPU 實模式下，通過改寫PC中8259、實時時鐘等可編程芯片或著硬件邏輯的控制字 以及內存中斷矢量，可使數控系統軟件能夠運行和調度中斷服務程序，進而實現 PC數控系統的實時任務以中斷方式優先運行，非實時任務以循環方式后臺運行。
綜上所述，基于RTLinux開發的實時控制軟件具有很好的開放性，但軟件構 架沒有一個統一標準，不能支持多數的硬件系統；基于嵌入式的實時操作系統是 一種的計算機控制系統，開發出的用戶程序可移植性較差，不適合全軟件數 控系統的發展；基于DOS的實時操作系統功能比較簡單，系統的靈活性較差， 不能充分發揮PC機的軟硬件資源；而Windows操作系統不僅具有開放的體系結 構、良好的系統穩定性和較高的*，還提供了大量的Win32 API函數供 軟件開發者使用。因此本文選用WindowsXP+RTX5.0實時擴展作為軟PLC控制 系統的軟件開發和運行平臺。
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