对于每个具体的设计来说,需要对配置文件中的几个部分进行配置。
(3) 人机界面模块(HMI),用户和软PLC 之间的互动模块。通过友好的人机界面,用户可以控制软PLC 的调用和开关,同时可以查看软PLC 各个状态点的状态。在Linux 下,可以使用GTK 或者TCL/TK 进行设计。本设计由于整个数控系统的需要,采用了TCL/TK 进行设计。因为软PLC 的其他部分是用c语言进行设计,因而在用tcl/tk设计的人机界面模块和软PLC 之间,需要设计一个TCL/TK 的扩展模块作为两种语言之间的接口,这样在界面上就可以用TCL 语言调用C 语言编写的软PLC 函数。现阶段本设计主要完成了常用的PLC 图形语言梯形图和两种文本语言IL 语言和ST 语言的设计,因而人机界面可以分为两种,梯形图的编辑运行界面和文本编程的监控界面。
① 梯形图界面(如图2)。在梯形图界面上,用户可自由拖动如开关、计时器等各种器件进行自主编程,从而实现在线编程。在界面上右侧是状态栏,可以对各种状态点的控制和状态显示,如将状态点B1 状态置1,则需单击B1 前的小方框。界面的上方是菜单栏。用户可通过菜单的选择进行编辑、保存、打开等功能,编辑完毕,按下Run 键,TCL/TK 的底层程序将会检测状态点状态,并根据元件种类进行逻辑运算,这些直接使用TCL/TK 编程就可以实现。而Exit 键则是退出软PLC,当按下该键时,将会设置全局变量Quit = 1 并传递给关闭模块Plcshutdown。关闭模块将关闭所有在运行的软PLC模块,并杀死共享内存上的信号量。
② 文本编程监控界面。文本语言相对不够图形语言直观,设计监控界面,可以从监控界面上调用所需要的文本程序,同时对各个状态点的状态进行显示和控制。
(4) 文本编辑模块,用户PLC文本程序的编辑模块,使用文本编辑器即可实现。用户使用符合61131-3 标准的编程语言编写控制应用程序。编辑好的模块将会被软PLC 的编译器所编译,生成可执行代码。
(5) 逻辑模块,软PLC 的核心模块,它包括IEC61131-3编译器和数据处理模块。IEC61131-3编译器将编译用户编辑好的文本应用程序,首先将PLC 的代码编译成C 语言,然后再调用GCC 将程序和软PLC的链接库编译成目标文件,同时显示编译结果的正确性,将编译的错误信息及警告信息反馈给用户。
文本编辑模块与编译模块在软PLC 运行时,不会作为调用模块。软PLC只调用最后生成的可执行模块。数据处理模块执行对各种浮点型数据的操作,功能包括PID控制、按一定的比例缩放数据大小等。
(6) 通信模块(Communication module),主要负责软件的网络通信协议等的实现,借助与操作系统的结合构建网络服务器,实现强大的网络服务功能,实现Modbus 等总线协议的总线控制功能。
(7) I/O 模块,软PLC与物理IO连接的模块。通过IO 模块,软PLC 的状态点与硬
件的IO 点一一对应,软PLC 可以通过IO 模块直接读写PC104 上IO扩展板的IO 点,实现对I O 点的读取和控制。
( 8 ) 关闭模块(Plcshutdown),由于本设计采用了多模块化设计和共享内存通信机制。因而软PLC退出,需要关闭所有正在运行的模块和杀死共享内存上的信号量。关闭模块提供了Quit的全局变量, 当Quit=1,将运行关闭模块中的程序关闭所有的软PLC 模块和杀死共享内存的信号量。
以上是根据需要设计的一些模块,根据用户需要还可以增加一些模块,如记录模块,数据库连接模块等,这些模块将会记录软PLC 的工作记录和保存软PLC 的数据记录。这些有待进一步的开发和设计。设计好各个模块,软PLC 的工作流程可如图3 所示。
本设计是在Linux 下进行设计,除HMI 模块是使用TCL/TK 设计外,其他均是使用C 语言进行编写,在Linux 下使用GCC 进行编译。由于篇幅所限,此处不展示代码。
实例
下面以一个简单的对3并口通道循环控制为例,说明软PLC 的工作流程。
(1)梯形图编程。从软PLC 主界面进入后,启动梯形图编程,调用梯形图编程的主程序。梯形图编程共需要调用梯形图界面模块、关闭模块、IO 模块,这些均在配置文件中设置好,不需用户进行设置。配置文件主要部分定义如下:
需运行的模块: 主要状态点定义:Ladder为拥有写的权利模块,主程序启动后,将读取对应的配置文件,运行所需模块。
用户即可在梯形图界面进行编辑,编辑后的梯形图程序如图4所示。这是一个比较简单的程序,因而只需要使用3个计时器和几个复位、置位输出就可以实现功能。编辑好梯形图程序后,按下Run 键,程序即可运行,并实现对IO 板上对应端口的控制。
(2)文本IL 语言编程。开始与梯形图编程相同,从软PLC 主界面进入后,启动IL 语言编程,调用主程序。文本编程共需要调用监控界面模块、逻辑目标程序模块、关闭模块、IO 模块。逻辑目标模块为用户编辑好的IL 程序,并通过编译器生成的可执行逻辑程序,用户可在PC 机上编辑和编译好逻辑程序,再移植到PC104 上进行调用。配置文件主要部分定义如下:
需运行的模块:
主要状态点定义
为编译后的IL 程序模块。由于篇幅关系,实现循环控制的IL 程序在此处不再列出。
结束语
软PLC 具有强大的功能,在工业控制中发挥着越来越重要的作用,是一项具有巨大潜力的技术,其强大的网络功能是传统的PLC 无法比拟的。中国工业自动化的水平相对国外来说较低,技术含量少。因而国内企业要在激烈的竞争中立于不败之地,必须增加生产的自动化程度,提高产品的技术含量。发展自主产权的软PLC 将对此问题产生有力的推动作用,也有助于我国PLC 企业发展本国市场并向外扩展。
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