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開放式數控系統(tǒng)是當前數控技術研究的熱點。在發(fā)展高速高效高精度及智能化等性能的同時，功能的發(fā)展也要求越來越強，具體體現在盡量用軟件來實現數控的所有功能，使硬件規(guī)模達到最小化。以PC為硬件平臺，用軟件來實現PLC的功能（即軟PLC）成為開放式數控系統(tǒng)中PLC的發(fā)展趨勢。描述了軟PLC技術的組成結構和應用特點，并對其技術優(yōu)勢和技術發(fā)展的制約因素進行了分析，探討了軟PLC技術在工業(yè)領域的應用控制方案。軟PLC編譯程序和模擬運行程序運行效率較高，且顯示硬PLC不可比擬的優(yōu)越性，非常適合應用于開放式數控系統(tǒng)中。
一、軟件PLC技術的形成背景
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：難以構建開放的硬件體系結構；工作人員必須經過較長時間的專業(yè)培訓才能掌握某一種產品的編程方法；傳統(tǒng)PLC的生產被幾家廠商所壟斷，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局限性的新興技術發(fā)展起來了，這就是軟PLC技術。其特征是：在保留PLC功能的前提下，采用面向現場總線網絡的體系結構，采用放的通信接口，如以太網、高速串口等；采用各種相關的國際工業(yè)標準和一系列的事實上的標準；全部用軟件來實現傳統(tǒng)PLC的功能。
二、系統(tǒng)結構和應用特點
（一）系統(tǒng)結構
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模塊以及現場總線等物理設備完成現場數據的采集以及信號的輸出。根據傳統(tǒng)PLC的組成結構，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)境是客戶服務器模式，二者之間采用COMDCOM通信機制，運行環(huán)境作為COM服務器，提供標準的通信接口；編輯環(huán)境作為COM客戶端應用，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。
圖1 軟PLC系統(tǒng)的整體框圖
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)和嵌入式應用程序，嵌入式操作系統(tǒng)的特點是程序短小、所需內存少，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，FBD和SFC），編程語言之間可以相互轉換；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，如神經網絡控制；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強大的網絡功能。支持基于TCPIP網絡，通過網絡實現PLC遠程監(jiān)控，遠程程序修改。
2．軟PLC運行系統(tǒng)
[$page] 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、調試內核和編譯器組成：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主要通過現場總線InterBus，ProfiBus，CAN等實現；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程序或進行數據交換；③系統(tǒng)管理器，處理不同任務和協(xié)調程序的執(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調試內核，提供多個調試函數，如重寫、強制變量、設置斷點、設置變量和地址狀態(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的機器可執(zhí)行代碼（即目標碼）。
（二）技術實現
以西門子公司開發(fā)的軟件PLC產品為例說明它的構成方式。
第一種，在PC機上安裝專用程序，使PC機用作為可編程控制器。該PC機上的操作系統(tǒng)是基于實時功能的，如：WindowsNT或WindowsCE或Linux等，在西門子開發(fā)的應用軟件Pro-ToolPro的支持下，實現控制和監(jiān)視，在編程軟件STEP7支持下，提供用戶編程環(huán)境。該PC機上還集成了現場總線Profibus-DP的通信協(xié)議及Profibus-DP接口，用以實現與分布式IO及其他現場設備的連接。
第二種，將軟PLC做成一塊插板，安裝在PC機的PCI總線插槽上。該PLC是可以獨立工作的微機系統(tǒng)，與PC機無關，如有需要甚至可以用自身獨立提供的電源。PC機可以容納數個插槽式的PLC，并
