軟PLC通信接口的控制研究

摘 要：隨著控制設(shè)備在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，軟PLC技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域研究的熱點，軟PLC和傳統(tǒng)的硬PLC相比，具有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，更加開放的體系結(jié)構(gòu)和開放的體系結(jié)構(gòu)。目前軟PLC的研究主要是針對邏輯控制方面，現(xiàn)針對軟PLC開放中的不足，主要介紹了軟PLC與實時數(shù)據(jù)庫通信接口的控制，通過軟PLC與組態(tài)軟件的通訊，擴(kuò)展了軟PLC的功能。

關(guān)鍵詞：軟PLC；組態(tài)軟件；實時數(shù)據(jù)庫；通訊接口

1 軟PLC技術(shù)概述

所謂軟PLC技術(shù)，就是利用嵌入式設(shè)備作為硬件支持平臺，利用軟件實現(xiàn)硬PLC的功能。隨著控制設(shè)備在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，軟PLC技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域研究的熱點，軟PLC和傳統(tǒng)的硬PLC相比，具有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，更加開放的體系結(jié)構(gòu)。軟PLC技術(shù)作為一種新型的控制技術(shù)，集成了自動控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和儀表技術(shù)等，已經(jīng)成為開放式數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

2 軟PLC系統(tǒng)的總體設(shè)計

2.1 軟PLC系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

本文研究的PLC系統(tǒng)建立在Windows NT平臺上，通過軟件的方法實現(xiàn)PLC的控制、編程、計算和存儲等功能，通過物理設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和信號的輸出。軟PLC系統(tǒng)又可分為開發(fā)系統(tǒng)和運行系統(tǒng)兩部分，開發(fā)系統(tǒng)由編輯器、匯編器和仿真器組成，開發(fā)系統(tǒng)完成程序的編寫、調(diào)試。運行系統(tǒng)是軟PLC的核心部分，又包括通信接口、軟PLC虛擬機(jī)和I/O接口模塊三部分。當(dāng)沒有外部I/O設(shè)備時，可以通過運行虛擬機(jī)實現(xiàn)與模擬硬件設(shè)備的通信，通過在計算機(jī)上調(diào)試程序，極大縮短開發(fā)周期。

2.2 組態(tài)軟件系統(tǒng)分析

本文以力控組態(tài)軟件為例進(jìn)行開發(fā)，力控組態(tài)軟件由實時數(shù)據(jù)庫、變量數(shù)據(jù)庫和人機(jī)界面組成，其中實時數(shù)據(jù)庫是組態(tài)軟件中數(shù)據(jù)處理的核心，它負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、存儲、處理和報警處理等，所有上層功能通過調(diào)用實時數(shù)據(jù)庫生成基礎(chǔ)組態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行實現(xiàn)。變量數(shù)據(jù)庫是編譯環(huán)境的基本組成部分，運行的數(shù)據(jù)和內(nèi)部控制變量都要在該部分完成。依靠人機(jī)界面很方便地把工業(yè)現(xiàn)場的情況實時以數(shù)據(jù)的形式在畫面中顯示，同時也可以把操作人員的指令傳達(dá)到工業(yè)現(xiàn)場。

2.3 系統(tǒng)總體設(shè)計

隨著監(jiān)控組態(tài)軟件可靠性的逐漸提高，提高軟PLC的數(shù)據(jù)管理水平和監(jiān)控組態(tài)軟件的控制能力變得異常重要。本文通過研究軟PLC和組態(tài)軟件間的接口，實現(xiàn)對軟PLC的擴(kuò)展功能，實現(xiàn)具有管理層和監(jiān)控層高級功能的軟PLC系統(tǒng)，系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 軟PLC與實時數(shù)據(jù)庫通信接口的控制

3.1 實時數(shù)據(jù)庫簡介

實時數(shù)據(jù)庫是在動態(tài)環(huán)境下，顯示監(jiān)控對象的實時變化數(shù)據(jù)，它是監(jiān)控組態(tài)軟件管理的核心，也是最基本的資源。實時數(shù)據(jù)庫最大的特征就是和時間相關(guān)，時間本身就是數(shù)據(jù)，實時數(shù)據(jù)庫要采集時間數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)的值是隨時間變化的。實時數(shù)據(jù)庫的另外一個特征就是實時事務(wù)定時限制，由于數(shù)據(jù)隨外部環(huán)境的變化而變化，因此，除去要保證數(shù)據(jù)庫內(nèi)部數(shù)據(jù)的正確性，還要保持?jǐn)?shù)據(jù)和外部環(huán)境狀態(tài)的一致性。

3.2 實時數(shù)據(jù)庫接口模塊的設(shè)計

實時數(shù)據(jù)庫和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)在功能、技術(shù)、原理和性能方面有很大的差異，實時數(shù)據(jù)庫在處理事務(wù)時既要保證正確性又要保持一致性，因此，實時數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)方法是軟PLC和組態(tài)軟件通信接口的難點。力控組態(tài)軟件實時數(shù)據(jù)庫是基于Active技術(shù)，通過DbComm實時數(shù)據(jù)庫訪問控件訪問遠(yuǎn)程或本地數(shù)據(jù)。本文設(shè)計的軟PLC通信接口的控制系統(tǒng)中，有關(guān)數(shù)據(jù)交換、消息響應(yīng)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)查詢等功能都是通過DbComm控件提供的接口實現(xiàn)的，本文利用VC++開發(fā)軟件實現(xiàn)力控監(jiān)控組態(tài)軟件和軟PLC的數(shù)據(jù)庫接口程序。

3.3 巡回掃描工作方式的實現(xiàn)

為了體現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)對被控對象的控制按照邏輯關(guān)系實現(xiàn)的，本文設(shè)計的軟PLC按巡回掃描方式工作，具體實現(xiàn)是利用Windows提供的定時器，在程序開始時，設(shè)定一個定時器，利用OnTime（）函數(shù)顯示數(shù)據(jù)的輸入、程序的執(zhí)行和數(shù)據(jù)刷新。利用DbComm控件提供的OnDataChanged（）函數(shù)實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的輸入輸出。

3.4 軟PLC數(shù)據(jù)的XML描述

為了實現(xiàn)軟PLC運行系統(tǒng)中程序執(zhí)行模塊的功能，本文利用軟PLC運行虛擬模塊的方式實現(xiàn)對軟PLC程序轉(zhuǎn)換的功能，具體是采用XML作為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)描述規(guī)則。XML語言作為處理信息的工具和軟件、硬件無關(guān)，具有很好的擴(kuò)展性、開放性和易表意等優(yōu)點，XML的語法結(jié)構(gòu)非常簡單，特別容易學(xué)習(xí)，XML的基本語法結(jié)構(gòu)是：

（1）第一行為聲明行，表示文檔使用的版本。

（2）第二行是根元素的開始，元素是以<元素名稱>為開始，并且每個文檔只有一個根元素。

（3）元素名稱的屬性。

（4）所有元素的子元素。

3.5 將控制程序表示為XML文件

根據(jù)XML的基本語法結(jié)構(gòu)，可以用XML描述梯形圖，梯形圖中元素的名稱或標(biāo)號用XML元素名表示，元件的參數(shù)或坐標(biāo)描述為元素的屬性。XML文件的生成用微軟Xml Document類進(jìn)行，具體的步驟為：

（1）訪問或修改實體引用節(jié)點、元素節(jié)點等DOM特定的節(jié)點。

（2）除去檢索元素節(jié)點中的文本外，還要檢索所有的節(jié)點信息。

在生成XML文件時首先要確定梯形圖元件之間的關(guān)系，其次再確定元件的屬性。例如，首先訪問根節(jié)點數(shù)據(jù)域，當(dāng)是元件符號時，生成XML文件插入此元件的節(jié)點。如果是串聯(lián)或并聯(lián)等邏輯關(guān)系，則生成邏輯塊。

3.6 基于XML的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)

由于XML文檔具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)描述功能，對結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)都有很好的描述，因此，非常適合軟PLC運行數(shù)據(jù)的處理。其它程序通過XML文檔可以快捷、方便地得到軟PLC實時的運行數(shù)據(jù)，這就為軟PLC的功能擴(kuò)展奠定了堅實的基礎(chǔ)?；赬ML的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)模型，要根據(jù)一定的映射關(guān)系，通過一定的算法將實時數(shù)據(jù)中的關(guān)系、元素、屬性等生成XML文件中的字段，這樣實時數(shù)據(jù)就能以XML文件的形式進(jìn)行存儲了，同時通過高級語言中具有的XML文件解析器還能將XML文件中的信息和內(nèi)外部程序中的數(shù)據(jù)進(jìn)行共享。

軟PLC內(nèi)置的數(shù)據(jù)管理模塊能夠?qū)崿F(xiàn)簡單數(shù)據(jù)的管理和查詢等工作，復(fù)雜的數(shù)據(jù)管理工作可以通過大型數(shù)據(jù)庫進(jìn)行實現(xiàn)，例如將現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中，經(jīng)過一定的周期采樣后，通過離散計算再保存到XML文件中。因此，軟PLC和各個擴(kuò)展程序間通過XML文檔進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，程序設(shè)計和操作系統(tǒng)都具有很高的透明性。

4 結(jié)束語

目前，我國大規(guī)模的硬PLC的制造和使用和發(fā)達(dá)國家相比還有一定的差距，因此開發(fā)適合我國工業(yè)控制需要的軟PLC具有重要的現(xiàn)實意義。隨著開發(fā)技術(shù)的逐漸成熟，軟PLC將有更加廣闊的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：劉威（1986-），男，籍貫：河南安陽，職稱：助理工程師，學(xué)歷：本科，主要研究方向：電氣自動化。