1. 五軸數控加工中心軟plc系統(tǒng)運行平臺及總體結構
2.1軟plc系統(tǒng)運行平臺的選擇
2. 1.1控制方案選擇
軟plc是運行在計算機上的應用軟件，需要硬件平臺和操作系統(tǒng)的支持。 根據當前軟plc系統(tǒng)運行硬件平臺的不同，有以下三種控制方案[3q]:
(1)基于傳統(tǒng)plc的控制方案。
該方案以傳統(tǒng)plc硬件為運行平臺，將廠商開發(fā)的軟plc運行系統(tǒng)固化在 硬件上，通過rs232串口及通訊協(xié)議下載開發(fā)系統(tǒng)中的用戶plc程序，在傳統(tǒng) plc硬件上運行后將控制信號輸出。此方案保留了傳統(tǒng)plc的硬實時性。
基于嵌入式控制器的控制方案。
該方案是以嵌入式實時操作系統(tǒng)（vxworks、pc/os-ii等）作為軟件運行平 臺，把軟plc運行系統(tǒng)做成固件嵌入到小型計算機系統(tǒng)中的控制器上，在win32 環(huán)境下編寫plc控制程序，利用標準通訊協(xié)議下載用戶程序交由plc運行系統(tǒng) 運行，完成控制信號的輸出。
(3)基于通用pc的控制方案。
該方案采用windows nt、rtlinux等操作系統(tǒng)作為軟件運行平臺，軟plc的開發(fā)系統(tǒng)和運行系統(tǒng)可獨立運行在同一臺計算機系統(tǒng)上，軟plc運行系統(tǒng)利 用通用i/o板卡或現場總線對外部設備進行控制，易于實現工業(yè)的網絡化控制。
基于pc的軟plc控制方案能夠充分利用pc機的高性能處理器進行大量復 雜數據的計算、具有開放的控制體系和豐富的軟、硬件資源，易于維護、性價比 高等優(yōu)點，適合開放式數控系統(tǒng)模塊化、標準化、。而方案一和方案二的軟plc 運行系統(tǒng)只能在特定的硬件環(huán)境中運行，并未實現真正意義上的開放，無法進行 升級，通用性較差。因此，本文選用基于pc的控制方案設計軟plc控制系統(tǒng)
2. 1.2實時操作系統(tǒng)的選擇
數控系統(tǒng)中的軌跡插補模塊是根據進給軸的位置信息進行插補運算，它需控 制系統(tǒng)在定時點調度插補功能來保證精確的插補周期，對操作系統(tǒng)的實時性要求 很高。同樣軟plc系統(tǒng)也必須具備一定的實時控制能力才足以完成對機床急停 信號、超程等信號的處理，雖然軟plc本身并不具備實時性，但它的實時控制 功能可依靠操作系統(tǒng)的實時性來保證，因此選擇一個開放的且適合的實時操作系 統(tǒng)尤為重要，常用的有以下幾種實時操作系統(tǒng)：
基于windows的實時擴展操作系統(tǒng) windows是一個窗口式的多任務操作系統(tǒng)，有利于人機界面的開發(fā)和多任務 的并行處理，雖然它不是實時操作系統(tǒng)，但通過改造系統(tǒng)內核可使位于ring3層 (低特權級）的應用程序躍至ringo層（高特權級）直接訪問cpu和pc機的硬件，從而實現windows操作系統(tǒng)的實時性控制[31]。具體改造方法如下： 一種是直接對windows系統(tǒng)內核進行改造，這是利用rtx或intime等實時軟件 向windows系統(tǒng)內核增加實時補丁程序來直接訪問pc硬件設備。另一種是從系 統(tǒng)外部對windows進行實時擴展。例如：利用某些軟件工具對計算機定時器、 時鐘芯片、中斷控制器等pc硬件進行直接操作，從而實現pc數控系統(tǒng)所需的 實時控制功能。圖2.4為基于rtx的windows實時擴展操作系統(tǒng)的基本結構。
(2 )基于rtlinux的實時操作系統(tǒng)
linux是一個支持多任務，具有開放的源代碼和可向系統(tǒng)內核動態(tài)添加模塊 的操作系統(tǒng)。美國新墨西哥工學院通過改造linux，開發(fā)出了 rtlinux實時操作 系統(tǒng)。rtlinux建立一個新的實時內核來控制pc機的硬件，實現搶先式優(yōu)先級 的調度，其基本結構如圖2.5所示。由于實時內核可*搶占linux的任務，所 以rtlinux的響應速度特別快。即使在pc386機器上其中斷響應不會超過15@ (微秒），因此rtlinux能很好地滿足pc數控系統(tǒng)對實時性的要求。
基于嵌入式的實時操作系統(tǒng)
rtos(real time operating system,嵌入式實時操作系統(tǒng))的軟件代碼?。卉?、 硬件可裁剪；具有良好的可靠性和穩(wěn)定性，被應用于工業(yè)和軍事中對系統(tǒng)響應要 求較高的設備。但rtos是一種的計算機系統(tǒng)，它不具備開放性這一特點， 應用范圍有限。典型的rtos產品如：windriver system公司的vxworks、 pc/os-ii 以及 rtxc 等等。
基于dos的實時操作系統(tǒng)
dos操作系統(tǒng)小巧靈活、穩(wěn)定性好、可直接訪問設備硬件層，被廣泛應用 在工業(yè)控制領域。雖然dos是非實時單任務操作系統(tǒng)，但利用dos運行在cpu 實模式下，通過改寫pc中8259、實時時鐘等可編程芯片或著硬件邏輯的控制字 以及內存中斷矢量，可使數控系統(tǒng)軟件能夠運行和調度中斷服務程序，進而實現 pc數控系統(tǒng)的實時任務以中斷方式優(yōu)先運行，非實時任務以循環(huán)方式后臺運行。
綜上所述，基于rtlinux開發(fā)的實時控制軟件具有很好的開放性，但軟件構 架沒有一個統(tǒng)一標準，不能支持多數的硬件系統(tǒng)；基于嵌入式的實時操作系統(tǒng)是 一種的計算機控制系統(tǒng)，開發(fā)出的用戶程序可移植性較差，不適合全軟件數 控系統(tǒng)的發(fā)展；基于dos的實時操作系統(tǒng)功能比較簡單，系統(tǒng)的靈活性較差， 不能充分發(fā)揮pc機的軟硬件資源；而windows操作系統(tǒng)不僅具有開放的體系結 構、良好的系統(tǒng)穩(wěn)定性和較高的*，還提供了大量的win32 api函數供 軟件開發(fā)者使用。因此本文選用windowsxp+rtx5.0實時擴展作為軟plc控制 系統(tǒng)的軟件開發(fā)和運行平臺。
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