EASYV1.00嵌入式PLC的基本原理(一)

一、嵌入式PLC概念

嵌入式PLC是指在特定的控制装置中实现PLC(Programable Logic Controller)编程语言的解释、执行，使特定装置在自身专用功能基础上具有PLC的基本功能。

PLC编程语言(又称梯形图语言)是一种面向工厂自动化工人师傅的语言，具有简洁、直观，面向工艺流程等许多优点。PLC编程语言的出现使控制装置中的硬件管和面向控制流程分离，PLC制造商专注于硬件及硬件管理，工厂自动化人员借助梯形图语言作二次开发，使同一种PLC适用于不同的控制系统中，形成了可编程逻辑控制器(PLC)这种概念级产品。

但控制产品的设计已发展到一个追求个性化、差异化设计的阶段。常规PLC无法进入的市场，面临更多的是个性化、差异化的压力，如成本控制、特殊功能等。出现了工控机(IPC)、单片机嵌入板与更贴近个性化需求的控制产品。IPC在互连、表达、算法等方面优势明显，单片机系统在成本控制上更加灵活。IPC由于加载了操作系统(如NT)其实时性、稳定性难以满足连续控制的苛刻要求。更适合于监控，低层通常用PLC;单片机系统将硬件管理和用户工艺流程控制混在一起，制约了它的标准化，并最终失去成本竞争优势。

嵌入式PLC正是面向IPC和单片机系统开发的，它保留了PLC(借助梯形图语言)硬件管理和工艺控制分离的优势，结合IPC和单片机提供的更个性化、差异化的设计方法，形成一种新的控制器设计理念。当我们在IPC中嵌入PLC的功能时，我们称之为基于PC　Base的嵌入式PLC，当我们在单片机中嵌入PLC功能时，我们称它为基于All ON One的嵌入式PLC(片级嵌入PLC)。来特别说明时，嵌入式PLC指片级嵌入式PLC，以下描述以科威公司EASY　V1.00嵌入式PLC为例。

二、嵌入式PLC软件架构

1、总体结构

EASY　V1.00嵌入式PLC是一种实时性很强的操作系统软件，总体结构包括三个层面。

①嵌入式PLC内核　它完成实时任务调度，梯形图语言解释、执行、通讯等基本功能，并提供二次开发驱动接口;

②二次开发程序　通过内核提供的外挂任务，使用内核开发各种面向具体对象个性化差异化的驱动程序;

③终端应用程序　指面向工艺流程控制的梯形图语言编程;

EASY　V1.00总体结构

对于二次开发人员开发面向个性化对象的驱动程序，必须了解嵌入式PLC内核结构，尤其是驱动接口设计方法，下面分块介绍内核的各块功能。

2、实时OS

面向小型单片机，一般的实时操作系统无法加载，OS/Ⅱ 占用了过多的资源，EASY　V1.00内核根据任务的类别、实时要求、定制了一款专用实时OS，它无文件系统和内存管理两部分。

①硬实时状态下的抢占式并发任务管理

EASY　V1.00内核提供2.5ms基准时基，它作为一种不可剥夺的任务循环执行用于各类任务的监控管理。

对于工控应用中的异步事件采用并发式任务管理，通过各类中断抢占任务的挂起、执行，每类异步任务执行前，在2.5ms任务中注册，执行后注销，通过2.5ms时基监控并发任务的流量及阻塞状况并报字到上一级任务调度。

在EASY　V1.00中，存在以下异步任务：

*通信数据链络层的字节流

*梯形图语言中的定时器

*二次开发驱动程序中的实时异步任务

并发任务管理是EASY　V1.00中最低层的任务管理，达到ms级实时效果，单位时间内(1ms)占用CPU机时峰值为:

R

T并=∑Niti

I=0

Ni-1ms内任务的最大执行次数，ti-i任务的一次执行最大时间。

EASY　V1.00并发任务实时数据

T片=3-45ms+t4

t4为用户软中断任务占用时间和。

“扫描周期”指解释、执行所有梯形图指令并执行扫描结束处理所占用的时间，由于这期间有并发任务产生，“扫描周期”应包括并发任务占用时间。

R

并发任务占用比X=T并/ 1ms = (150ms+ΔT+∑Njtj)/1000ms =15%-100%

j=3

设用户梯形图含X条指令

T扫=(X.T片+ΔTend)/X