嵌入式软PLC的设计与研究
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摘 要：随着ASIC技术的发展，基于ARM处理器与Linux系统的嵌入式软plc开发技术也得到了很大的发展。文中简单介绍了嵌入式软PLC的发展现状，并分析了嵌入式软PLC系统的结构以及优缺点。嵌入式软PLC系统的组成包括开发系统与运行系统，其中开发系统的作用是将程序翻译成目标代码，而运行系统的作用则是加载目标代码，按照目标代码而执行指令，实现相关的控制功能。
关键词：嵌入式软PLC系统 传统PLC 编程 IEC61131-3
一、引言
嵌入式系统是一个嵌入到对象体系中的专用的计算机系统，主要应用与各种类型的信号处理与控制。当前在国防、国民经济以及社会生活的各领域都得到了广泛的应用，工业控制、机器人等等领域，对各行各业的技术改进、产品更新换代、提高生产率各方面也都起到了积极的推动作用。
传统的PLC可靠性较高，而且体积小，但是资源很少扩展能力弱，但是基于PC机的软PLC技术却很好的弥补了传统PLC的缺点，但是却又缺少了可靠性这一优点。新一代的PLC将PLC的可靠性、PC机的开放架构以及多资源这些优点集中于一体，涵盖了PLC用户的多种需要。
嵌入式软PLC技术是指由软PLC技术与嵌入式系统相结合而由此而产生的高新技术。继承了嵌入式系统体积小以及反应快的优点，同时也克服了传统PLC的不能通用的特性等弊端。嵌入式软PLC将自动化专业知识，用高附加值的方式在嵌入式行业规模经济基础上加以发展提高，比传统的PLC结构更加开放，也更加利于自动化的横向通信与纵向通信。
二、嵌入式软PLC系统的结构
嵌入式软PLC系统一般由开发系统与运行系统两个部分组成。
1.开发系统需完成的主要任务就是应用程序的编程与编译调试。
1.1嵌入式软PLC系统是以IEC31131标准的基础之上发展起来的，所以开发系统一般都这可以支持IEC61131-3中的一种或者多种语言。
1.2编译器是开发系统中的一个比较重要的部分。编译程序的主要作用是将用高级语言编写的源程序编译成和它等价的低级语言目标程序。编译过程主要包括此法分析、语法分析、语义分析、中间代码生成、代码有限以及目标代码生成这6个阶段。
1.3嵌入式软PLC系统支持通过图形化语言进行开发。IEC61131-3标准里定义了三类图形化语言：FDB、LD、SFC。LD语言是一类类汇编的文本语言，很容易将它编译成机器语言。
1.4开发系统的调试技术：调试功能是嵌入式软PLC开发系统的一个很重要的部分。调试功能要求可以支持在程序的源文件的任何程序语句上设置断点，并在该段点上打印设置程序中所需的变量。这种功能要以交互方式完成，并以调试时显示合适的源代码的行号的形式来实现。
2.运行系统是软PLC控制系统的核心组成，用于完成系统的配置、输入信号的处理、程序的执行以及控制信号的输出等操作。
运行系统可以通过RS232、RS485、TCP/IP或者是Modbus等通信协议以实现与HMI软件的通信，最终构成监控与数据采集系统。嵌入式软PLC控制功能的实现需和相应的I/O模块或者现场总线相配合。
嵌入式软PLC的运行系统首先是从开发系统上吧应用程序目标diamante下载到本地目录，随后IO模块与现场总线将现场所采集到的信号输入到系统中。运行系统则通过对输入的信号进行预处理，然后执行应用程序，最后再通过I/O模块与现场总线输出对应的控制信号，从而最终完成既定的控制功能。
另外，需要补充的一点是嵌入式软PLC系统较为理想的硬件设备应该具备运算能力强以及程序容量大和接口丰富的特点，因此，通常PLC系统选择的硬件平台是工业PC或者嵌入式PC。
嵌入式软PLC技术拥有巨大的发展前景。从最根本的角度而言，它简化了工程的自动化体系结构，将控制和通信以及各种的特定应用合为一体，运用到了同一个的硬件平台。相对于较传统的PLC，他则以开放性以及灵活性和低廉的价格占有了很大的优势。嵌入式软PLC的产品可以被广泛应用到数据采集、木材加工、医药以及检测设备、包装工业等场合。
三、嵌入式软PLC系统的通信
1.嵌入式软PLC系统的通信接口
嵌入式软PLC系统中，开发系统与运行系统是运行在不同的硬件平台之上，因此两个系统之间需要通信才能保持好协调工作。此外，嵌入式软PLC系统通常应用于控制工业现场的设备，因此在运行系统与现场I/O设备之间也要进行通信。开发系统有一个通信接口使用在与运行系统的通信，而运行系统则需要有两个通信接口，一个是和开发系统的听信，另一个则是用于与现场I/O设备的通信。
2.Modbus通信协议
嵌入式软PLC系统常用的通信协议包括Modbus、TCP/IP、RS232以及RS485。TCP/IP是互联网的标准协议，使用也最为广泛。RS232与RS485是两个常见的通信接口协议，常常用在I/O设备的通信之中。Modbus是MODICON公司为其自己的PLC设计的一个通信协议。通过24中总线命令实现PLC外界的信息交换。数据传输是主/从式，报文形式为请求/响应帧方式。
四、嵌入式软PLC技术的优点
嵌入式软PLC技术是嵌入式系统与软PLC技术的完美结合。嵌入式软PLC技术既拥有软PLC技术的优点，又继承了嵌入式系统的长处。它具有以下优点：
1.嵌入式软PLC系统具有较开放的硬件体系结构，用户可以根据子的需要自由选择合适的硬件平台来构建满足用户需求的控制系统。
2.嵌入式软PLC系统的指令集相比于传统PLC的指令集更加的丰富，大大方便了用户去编写工业控制程序。
3.由于嵌入式芯片技术的款速发展，嵌入式软PLC产品的性价比得到了飞速的发展。
4.嵌入式软PLC系统具有较为开放的架构与标准，产品可同时加入到PLC网络和标准的计算机网络中。这是现有计算机网络的很多研究的成果可以很容易的应用于PLC控制技术中。
5.嵌入式软PLC技术是基于IEC61131-3语言标准，所以程序开发较为方便，利于复用，能够缩短产品研发周期，调试与维护也比较方便。
五、结束语
通过上文中对嵌入式软PLC系统的结构以及通信接口协议的分析，以及与传统PLC分析，可知嵌入式软PLC技术是一个前景广阔的研究领域，同样也是一个研究热点。但是目前我国的软PLC技术还不够成熟，软PLC技术在裁剪配置嵌入式操作系统以及如何提高运行系统的可移植性等方面都有待于研究和提高。
参考文献
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