一、軟件PLC技術(shù)的形成背景
20世紀90年代后期，人們逐漸認識到，傳統(tǒng)PLC(本文簡稱硬PLC)自身存在著這樣那樣的缺點：難以構(gòu)建開放的硬件體系結(jié)構(gòu);工作人員必須經(jīng)過較長時間的專業(yè)培訓(xùn)才能掌握某一種產(chǎn)品的編程方法;傳統(tǒng)PLC的生產(chǎn)被幾家廠商所壟斷，造成PLC的性價比增長很緩慢。這些問題都成了制約傳統(tǒng)PLC發(fā)展的因素。近年來，隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展以及PLC方面國際標準的制定，一項打破傳統(tǒng)PLC局限性的新興技術(shù)發(fā)展起來了，這就是軟PLC技術(shù)。其特征是：在保留PLC功能的前提下，采用面向現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，采用放的通信接口，如以太網(wǎng)、高速串口等;采用各種相關(guān)的國際工業(yè)標準和一系列的事實上的標準;全部用軟件來實現(xiàn)傳統(tǒng)PLC的功能。
二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點
(一)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
軟PLC基于PC機，建立在一定操作系統(tǒng)平臺之上，通過軟件方法實現(xiàn)傳統(tǒng)PLC的計算、控制、存儲以及編程等功能，通過IO模塊以及現(xiàn)場總線等物理設(shè)備完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集以及信號的輸出。根據(jù)傳統(tǒng)PLC的組成結(jié)構(gòu)，軟PLC系統(tǒng)由開發(fā)系統(tǒng)和運行系統(tǒng)兩部分組成。也可分為編輯環(huán)境和運行環(huán)境兩部分。編輯環(huán)境與運行環(huán)境是客戶服務(wù)器模式，二者之間采用COMDCOM通信機制，運行環(huán)境作為COM服務(wù)器，提供標準的通信接口;編輯環(huán)境作為COM客戶端應(yīng)用，本地或遠程訪問存取這些接口，進行下載代碼、讀取運行環(huán)境的運行信息等操作。軟PLC系統(tǒng)的整體框圖如圖1所示。
嵌入式系統(tǒng)通常由EPC或嵌入式控制器(也稱智能控制器)和嵌入式軟件組成，嵌入式軟件又分為嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用程序，嵌入式操作系統(tǒng)的特點是程序短小、所需內(nèi)存少，Mi-crosoft公司推出的WindowsCE就是一個嵌入式操作系統(tǒng)，而軟PLC可以作為一個嵌入式應(yīng)用程序運行在嵌入式系統(tǒng)中。
軟PLC開發(fā)系統(tǒng)和運行系統(tǒng)是相互獨立而又密不可分的兩個應(yīng)用程序，可以分別單獨運行。
1.軟PLC開發(fā)系統(tǒng)
軟PLC開發(fā)系統(tǒng)實際上就是帶有調(diào)試和編譯功能的PLC編程器，此部分具備如下功能：①編程語言標準化，遵循IEC61131-3標準，支持多語言編程(共有5種編程方式：IL，ST，LD，F(xiàn)BD和SFC)，編程語言之間可以相互轉(zhuǎn)換;②豐富的控制模塊，支持多種PID算法(如常規(guī)PID控制算法、自適應(yīng)PID控制算法、模糊PID控制算法、智能PID控制算法等等)，還包括目前流行的一些控制算法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制;③開放的控制算法接口，支持用戶嵌入自己的控制算法模塊;④仿真運行，實時在線監(jiān)控，在線修改程序和編譯;⑤強大的網(wǎng)絡(luò)功能。支持基于TCPIP網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)PLC遠程監(jiān)控，遠程程序修改。
2.軟PLC運行系統(tǒng)
這一部分是軟PLC的核心，完成輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理等工作。通常由IO接口、通信接口，系統(tǒng)管理器、錯誤管理器、調(diào)試內(nèi)核和編譯器組成：①IO接口，可與任何IO系統(tǒng)通信，包括本地IO系統(tǒng)和遠程IO系統(tǒng)，遠程IO主要通過現(xiàn)場總線InterBus，ProfiBus，CAN等實現(xiàn);②通信接口。通過此接口使運行系統(tǒng)可以和開發(fā)系統(tǒng)或HMI(或MMI)軟件按照各種協(xié)議進行通信，如下載PLC程序或進行數(shù)據(jù)交換;③系統(tǒng)管理器，處理不同任務(wù)和協(xié)調(diào)程序的執(zhí)行，而且從IO映像讀寫變量;④錯誤管理器，檢測和處理程序執(zhí)行期間發(fā)生的各種錯誤;⑤調(diào)試內(nèi)核，提供多個調(diào)試函數(shù)，如重寫、強制變量、設(shè)置斷點、設(shè)置變量和地址狀態(tài);⑥編譯器，通常開發(fā)系統(tǒng)將編寫的PLC源程序編譯為中間代碼，然后運行系統(tǒng)的編譯器將中間代碼翻譯為與硬件平臺相關(guān)的機器可執(zhí)行代碼(即目標碼)。
