软PLC
软PLC运行机制的研究
摘  要
基于PC机自动控制技术系统是低成本还有使用方便等等特有的因素，是它成为自动化技术的一个新方向。制定的国际标准EIC61131-3领域不仅规范工业控制编程语言，而且还提供了一个可编程控制器技术的发展条件。本文就是为了介绍软PLC的控制理论，探讨了软PLC模型和基于实现EIC61131-3标准，详细描述了其工作原理和实现PLC软件的操作系统项目。软PLC设计运行是基于工业PC机，工业上基于构建逻辑控制系统工业PC机。最后，对PLC软件的实现性能和可靠性进行了验证。最后的结果表明，该系统运行非常可靠并且控制效果也很好。
关键词： 无机膜； 自动控制系统； 控制软件； 在线放电气力输送； PLC(可编程逻辑控制器)
一、介绍
软PLC基于PC机，建立在一定操作系统平台之上，通过软件方法实现传统PLC的计算、控制、存储以及编程等功能，通过I／O模块以及现场总线等物理设备完成现场数据的采集以及信号的输出。根据传统PLC的组成结构，软PLC系统由开发系统和运行系统两部分组成。也可分
为编辑环境和运行环境两部分。编辑环境与运行环境是客户服务器模式，二者之间采用COM／DCOM通信机制，运行环境作为COM服务器，提供标准的通信接口；编辑环境作为COM客户端应用，本地或远程访问存取这些接口，进行下载代码、读取运行环境的运行信息等操作。软PLC基于PC机，建立在一定操作系统平台之上，通过软件方法实现传统PLC的计算、控制、存储以及编程等功能，通过I／O模块以及现场总线等物理设备完成现场数据的采集以及信号的输出。根据传统PLC的组成结构，软PLC系统由开发系统和运行系统两部分组成。也可分为编辑环境和运行环境两部分。编辑环境与运行环境是客户服务器模式，二者之间采用COM／DCOM通信机制，运行环境作为COM服务器，提供标准的通信接口；编辑环境作为COM客户端应用，本地或远程访问存取这些接口，进行下载代码、读取运行环境的运行信息等操作。所谓的软PLC，就是利用计算机的硬件来支撑软件平台，用软件来实现传统的可编程控制器的那些基本功能。可编程控制器的控制功能能够实现在个人电脑的环境下运行进行软件封装。
该控制系统还提供了一个与可编程控制器的控制系统相同的一个特点，而且具有很大的优势。按照传统的结构的可编程控制器，PLC软件的成就被分为两个部分：开发体制还有运行体制。PLC软件运行系统实际上就是PLC软件运行的核心，执行程序和过程的输入和输出。
本文主要阐述了传统PLC的特点和它的发展趋势，构建了一个PLC软件模型。进一步说明，根据国际标准IEC61131-3，并参照西门子S7-200系列的指令集设计了PLC软件的指令集的运行系统。然后，介绍了PLC软件的运行系统结构并且对整个操作系统进行了测试。测试功能显示出来系统的功能要求，达到预期要求。
二、PLC软件的几个技术实现方案
目前，有三种软PLC的控制系统方案。第一种是传统PLC控制系统。该方案使PLC的硬件系统的硬件平台，然后可编程控制器也就是所谓的PLC具体的制定其硬件运行的系统。该控系统的缺点就是运行的系统是提前即制定好的，对于某些可编程控制器的制造、系统维护和升级等困难不能开放。第二个控制方案就是基于嵌入式控制器。嵌入式控制器实际上是一个超小的计算机系统，其软件平台就是一个嵌入式操作系统。该控制方案更合适在一个小的实时控制器。最后一个控制方案就是基于工业计算机得控制器。该控制方案系统的软件平台可用于Windows NT等其他的实时操作系统。传统PLC的指令集是固定的，而实际工业应用中可能需要定义算法。软PLC指令集可以更加丰富，用户可以使用符合标准的操作指令。
三、软PLC基于实现IEC61131-3标准的方法
所谓的IEC61131-3标准是第一个国际标准，根据它来提供标准化的编程，nguage为软件设计工业自动化及其控制系统，IEC61131-3标准给中美战略经济对话的工作中IEC工作小组吸引和引用了全球制造商PLC编程语言形成了一个新的国际编程语言软件，就是基于IEC61131-3标准基础如图2所示。
图2 基于iec61131 - 3标准的软件模块
可编程控制器也就是所谓的PLC和不同的硬件搭配的软件有多种系统可以建造的实际控制。应用软件程序设计的设计基础。然而IEC61131- 3标准的原则是遵循软件模块，将一个复杂的项目，分成几个独立的模块，每个模块划分成集中的常用程序的功能单元，他们就是规划功能模块和功能模块，并在此基础上构建了这些统一封装的基础编程。
四、软PLC实现的虚拟机器
以PLC软件运行系统为核心的整个软PLC系统，它负责整个系统的管理、解释程序还有交换数据的编程系统。软PLC的建设运行系统可以分为三个部分，他们分别是：通信模块，运行核心模块还有I／O接口驱动模块。该方案的数字显示整个构建数字如图3所示
图3 数字显示构建图
软PLC虚拟机器的核心的运行系统组织和执行应用程序。本篇文章中主要介绍了软PLC的实现运行系统的虚拟机器。
4.1工作原理和工作的虚拟机器
虚拟机器的实质就是与硬件的计算机处理器非常的相似，核函数不断增值，并且解释在执行过程中的代码。这些功能只有用软PLC来完成。实现这些功能可以分为两个方面：一方面就是登记基础，该方法的优点就是指令执行速度快、透明的程序也很容易被调试；另一方面就是基于堆栈，这方面适用于维持占用一些内存记忆的小程序，并且很快调用到相应的函数中去。因为调用堆栈函数这个方案的捷径就是采用本文设计的虚拟机。
虚拟机器的功能模块包括：教学阅读子模块、指导分析子模块、逻辑教学子模块、功能子模块说明书等等。
4.2制定目标代码
目标代码运行在虚拟机器内。研究了包含在软PLC这篇文章中目标是一种二进制代码，这是软PLC系统开发编制后整理的控制系统，通过执行在软PLC功能来运行虚拟机构。虚拟机器和操作系统的目标代码的关系都显示在图4。
图4 plc的组成虚拟机器与操作系统的目标代码之间的关系
结合IEC61131-3的标准，一个可编程控制器项目的结构层次，可以分为：配置、资源、任务和运行程序等等。在本文中软件PLC实现了，一个配置对应一个PLC对应一个系统，每一个配置，可以有多个任务进行的资源的概念。整个系统是多个线程程序，在同一之间内执行一些控制任务。
目标代码的格式文件在发展中系统产生是一种形成，该文件能够描述各种各样的配置系统，编程器也能够产生控制算法来运行哪一个虚拟机器。
4.3指令系统的虚拟机器
虚拟指令包括本文介绍的19个基本指令，4个功能指令和3个程序控制指令。基本指令包括：LD，AND，OR，OUT，LDN，ANDN，ORN，LDI，ORI，ANDI，OUTI，LDNI，ORNI，
NOT，SET，CLEAR，ALD，OLD。功能指令包括：TON，TONR，TOF，COUNT。程序指令包括：SUBCALL，RETURN，END。
4.4软件设计的虚拟机器
虚拟机器是一种想象出来的计算机，它是一种实现了在实际处理器中通过软件技术的一种想象的计算机。虚拟机器的主要功能是由于他的特征能够直接运行所描述的指令的某些规则。一个重要的特征就是它增加了虚拟机硬件的抽象的计算机硬件和软件间的水平时将它一直到其他的操作虚拟机上。在系统平台上，他的应用程序不需要改变。可以根据软件总成的接口定义的规范性设计理念，使整个PLC控制系统可以分为几个带有几个独立的功能模块的软件模块、接口模快。在这些模块中个软件模块的组成就通过在下面的数字显示出来。
图5 软PLC软件框图模块
常见PC被确定作为整个控制系统硬件平台，软件平台是Windows XP+RTX8.0通过I／O接口传给输入输出模块通过其他接口也可以，采用模拟信号或是数字信号处理器，该系统采用的是Advanthech公司制造的PCI—1710接口。
以下简要极少的就是该系统的主要功能的虚拟机器。第一个就是VM_Init() 这个函数是用来初始化系统的，其主要功能就是用来初始化名册的虚拟机器，构建人工的地址空间，读取所构建的人工地址空间的中间代码和堆栈指针初始值的设置、程序的指针、空的定时器合计数器等等。虚拟机的第二个功能VM_Check()，它是用来核实目标代码的。它的主要功能就是用来证实了该方法的目标代码的正确性，读取内存中的目标代码。该虚拟机的最后一个功能就是VM_Main()，它的主要功能就是用来执行目标代码。虚拟机器执行指示从第一中间代码的指导文件的形势开始执行知道最后的处理指令，然后虚拟机器完成一个程序执行阶段的一次扫描。
五、PLC的软件的测试运行机制
为了全面的，客观的评价软PLC的综合性能，我们需要测试PLC全部的整体的运行机制。虚拟机器的考验主要是来自对它自身的测试，这些测试主要包括即时性、准确性还有虚拟机器的可靠性。这一部分是软PLC的核心，完成输入处理、程序执行、输出处理等工作。通常由I／O接口、通信接口，系统管理器、错误管理器、调试内核和编译器组成：①I／O接口，可与任何I／O系统通信，包括本地I／O系统和远程I／O系统，远程I／O主要通过现场总线Inter
Bus，ProfiBus，CAN等实现；②通信接口。通过此接口使运行系统可以和开发系统或HMI（或MMI）软件按照各种协议进行通信，如下载PLC程序或进行数据交换；③系统管理器，处理不同任务和协调程序的执行，而且从I／O映像读写变量；④错误管理器，检测和处理程序执行期间发生的各种错误；⑤调试内核，提供多个调试函数，如重写、强制变量、设置断点、设置变量和地址状态；⑥编译器，通常开发系统将编写的PLC源程序编译为中间代码，然后运行系统的编译器将中间代码翻译为与硬件平台相关的机器可执行代码（即目标码）。
验证了即时性的虚拟机器，试验了2000示波器还有教学使用的定时功能的系统，并且根据指示灯的闪烁的时间还有电器的水平来改变测试执示波器的这个程序。软PLC技术相对于传统PLC，以其开放性、灵活性和较低的价格占有很大优势。它简化了工厂自动化的体系结构，把控制、通信、人机界面及各种特定的应用全都合为一体，运用于同一个硬件平台上。软PLC技术也存在着一些问题，例如，由于软PLC的运行环境是Windows操作系统，所以实时性不强；定时器最大存在一个扫描周期的误差；扫描周期较长等。但是，这些问题可以通过改变运行环境、改进执行算法等方法加以解决。只要它们能实现控制的时间确定性，即保证能以时间高度一致的方式执行控制指令序列，并具有可预测的结果或行为。软PLC在未来的工业电气控制中定会占据重要的席位。成为继现场总线技术发展的新亮点。经过检测用来执
行逻辑教学的时间是2000到500微秒级，然而同城我们见到的可编程控制器也就是PLC的扫描时间分数毫秒级的。所以说虚拟机器是实现设计目标的即时性的必然要求。我们为了验证计算这虚拟机的软件的计算的可靠性，使该系统长时间运行看看该系统能否可靠的工作，并且能否达到工业用途要求的可靠性。

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