原標(biāo)題：基于VxWorks操作系統(tǒng)實現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用方案

基于VxWorks操作系統(tǒng)實現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用方案

引言

隨著工業(yè)自動化技術(shù)的飛速發(fā)展，可編程邏輯控制器（PLC）作為工業(yè)自動化控制系統(tǒng)的核心部件，其性能、實時性和可靠性成為工業(yè)控制領(lǐng)域關(guān)注的重點。VxWorks作為一種高性能的嵌入式實時操作系統(tǒng)（RTOS），以其出色的實時性、穩(wěn)定性和可擴展性，廣泛應(yīng)用于通信、航空、航天等高精尖技術(shù)領(lǐng)域。本文將詳細探討基于VxWorks操作系統(tǒng)實現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用方案，并詳細介紹幾種關(guān)鍵的主控芯片型號及其在設(shè)計方案中的作用。

VxWorks操作系統(tǒng)概述

VxWorks是美國Wind River公司開發(fā)的一款高性能嵌入式實時操作系統(tǒng)，以其良好的可靠性和卓越的實時性而聞名。該系統(tǒng)具有高度的模塊化、可裁剪性和可擴展性，支持多種微處理器（如PowerPC、X86、ARM、SPARC等），提供豐富的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和調(diào)試手段，使得開發(fā)者可以根據(jù)具體需求定制和優(yōu)化系統(tǒng)。

主控芯片型號及其作用

1. MPC860處理器

型號說明：MPC860是摩托羅拉（現(xiàn)為恩智浦半導(dǎo)體）生產(chǎn)的一款基于PowerPC架構(gòu)的嵌入式處理器，具有高性能和低功耗的特點。該處理器采用32位內(nèi)部總線，支持8、16或32位的外設(shè)和存儲器，并集成了系統(tǒng)接口單元（SIU）、通信處理模塊（CPM）和快速以太網(wǎng)控制器（FEC）等關(guān)鍵模塊。

在設(shè)計方案中的作用：

• 高性能數(shù)據(jù)處理：MPC860強大的處理器性能能夠滿足PLC系統(tǒng)對復(fù)雜控制算法和高速數(shù)據(jù)處理的需求。

• 實時通信能力：集成的通信處理模塊（CPM）和快速以太網(wǎng)控制器（FEC）提供了強大的通信能力，支持Modbus、CAN、EIP等多種現(xiàn)場總線協(xié)議，滿足PLC系統(tǒng)對實時通信的需求。

• 硬件集成度高：集成的系統(tǒng)接口單元（SIU）和內(nèi)存控制器支持無縫連接多種外圍設(shè)備，減少了系統(tǒng)復(fù)雜性和成本。

2. ARM9核芯片（如AT91RM9200）

型號說明：AT91RM9200是Atmel公司生產(chǎn)的一款基于ARM920T處理器的ARM9核芯片，集成了豐富的片上資源，包括16KB的內(nèi)部SRAM、128KB的內(nèi)部ROM存儲器、可編程的外部總線接口（EBI）、多個PIO控制器和中斷控制器等。

在設(shè)計方案中的作用：

• 靈活性高：ARM9架構(gòu)的廣泛應(yīng)用使得AT91RM9200具有較高的可移植性和靈活性，適用于多種工業(yè)控制場景。

• 低功耗設(shè)計：該芯片采用低功耗設(shè)計，適合長時間運行的工業(yè)環(huán)境，減少能耗和維護成本。

• 豐富的接口資源：多個PIO控制器和中斷控制器提供了豐富的接口資源，支持復(fù)雜的輸入輸出控制需求。

3. Intel x86處理器

型號說明：雖然本文未具體指定Intel x86處理器的具體型號，但x86架構(gòu)處理器在工業(yè)控制領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用，其高性能和豐富的軟硬件資源為PLC系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了堅實基礎(chǔ)。

在設(shè)計方案中的作用：

• 強大運算能力：x86處理器的強大運算能力能夠滿足PLC系統(tǒng)對復(fù)雜控制算法和高速數(shù)據(jù)處理的需求。

• 豐富的軟件開發(fā)資源：基于x86架構(gòu)的軟件開發(fā)資源豐富，有利于降低開發(fā)難度和成本。

• 良好的兼容性：x86處理器廣泛的市場接受度意味著更多的第三方軟硬件支持，增強了系統(tǒng)的可擴展性和兼容性。

設(shè)計方案詳述

1. 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

基于VxWorks的PLC控制系統(tǒng)一般由開發(fā)系統(tǒng)和實時運行系統(tǒng)兩部分組成。開發(fā)系統(tǒng)基于PC機，建立在Windows操作系統(tǒng)平臺之上，提供PLC應(yīng)用程序的編寫、編譯和調(diào)試環(huán)境。實時運行系統(tǒng)則負(fù)責(zé)完成系統(tǒng)配置、輸入信號處理、循環(huán)調(diào)用PLC程序及控制信號輸出等操作，并通過現(xiàn)場總線或TCP/IP協(xié)議與硬件層（I/O）實現(xiàn)通信。

2. BSP定制與移植

板級支持包（BSP）是VxWorks內(nèi)核與底層硬件之間的軟件接口，通過BSP可以實現(xiàn)操作系統(tǒng)對特定硬件平臺的支持。在將VxWorks移植到主控芯片上時，需要根據(jù)芯片的硬件特性定制BSP。例如，在AT91RM9200上定制BSP時，需要修改Config.h等文件，定義引導(dǎo)行、修改地址以及配置相關(guān)硬件資源。

3. 通信與協(xié)議支持

基于VxWorks的PLC控制系統(tǒng)支持多種通信協(xié)議和現(xiàn)場總線，如Modbus、CAN、EIP等。這些協(xié)議和總線的支持使得PLC系統(tǒng)能夠與其他控制系統(tǒng)和智能設(shè)備進行無縫連接，實現(xiàn)復(fù)雜控制網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。

4. 實時性能優(yōu)化

為了滿足PLC系統(tǒng)對實時性的要求，在系統(tǒng)設(shè)計時需要對實時性能進行優(yōu)化。例如，通過合理配置系統(tǒng)資源、優(yōu)化任務(wù)調(diào)度算法、減少系統(tǒng)調(diào)用開銷等方式來提高系統(tǒng)的實時響應(yīng)能力。

5. 安全性與可靠性設(shè)計

在工業(yè)控制領(lǐng)域，安全性和可靠性是系統(tǒng)設(shè)計的重要考慮因素?；赩xWorks的PLC控制系統(tǒng)通過采用全智能I/O設(shè)計、模塊冗余、電源冗余等技術(shù)手段來提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。同時，通過嚴(yán)格的軟件測試和質(zhì)量控制流程來確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

應(yīng)用案例

以江蘇金智科技股份有限公司推出的ECPro-600可編程主控裝置為例，該裝置采用高速嵌入式工業(yè)處理器及VxWorks實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，實現(xiàn)了高性能、高可靠性和高靈活性的PLC控制。ECPro-600支持電源冗余、CPU冗余、以太網(wǎng)冗余和現(xiàn)場總線冗余等多種冗余方案，確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。同時，該裝置還提供了豐富的內(nèi)置集成功能和開放的通信接口，能夠滿足不同應(yīng)用場景的需求。

結(jié)論

基于VxWorks操作系統(tǒng)實現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)是一種高效、可靠且靈活的設(shè)計方案。通過選擇合適的主控芯片、定制BSP、優(yōu)化實時性能以及設(shè)計合理的安全可靠性措施，可以構(gòu)建出高性能、高可靠性和高靈活性的PLC控制系統(tǒng)。這種設(shè)計方案不僅提高了工業(yè)自動化控制的效率和準(zhǔn)確性，還為未來的智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了有力支持。