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

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

引言

隨著工業(yè)自動(dòng)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(dòng)化控制系統(tǒng)的核心部件，其性能、實(shí)時(shí)性和可靠性成為工業(yè)控制領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。VxWorks作為一種高性能的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS），以其出色的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性和可擴(kuò)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(xì)探討基于VxWorks操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用方案，并詳細(xì)介紹幾種關(guān)鍵的主控芯片型號(hào)及其在設(shè)計(jì)方案中的作用。

VxWorks操作系統(tǒng)概述

VxWorks是美國(guó)Wind River公司開(kāi)發(fā)的一款高性能嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，以其良好的可靠性和卓越的實(shí)時(shí)性而聞名。該系統(tǒng)具有高度的模塊化、可裁剪性和可擴(kuò)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(kāi)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(hào)及其作用

1. MPC860處理器

型號(hào)說(shuō)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(diǎn)。該處理器采用32位內(nèi)部總線(xiàn)，支持8、16或32位的外設(shè)和存儲(chǔ)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(jì)方案中的作用：

• 高性能數(shù)據(jù)處理：MPC860強(qiáng)大的處理器性能能夠滿(mǎn)足PLC系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜控制算法和高速數(shù)據(jù)處理的需求。

• 實(shí)時(shí)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(qiáng)大的通信能力，支持Modbus、CAN、EIP等多種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議，滿(mǎn)足PLC系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)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(wú)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(hào)說(shuō)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(chǔ)器、可編程的外部總線(xiàn)接口（EBI）、多個(gè)PIO控制器和中斷控制器等。

在設(shè)計(jì)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(chǎng)景。

• 低功耗設(shè)計(jì)：該芯片采用低功耗設(shè)計(jì)，適合長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的工業(yè)環(huán)境，減少能耗和維護(hù)成本。

• 豐富的接口資源：多個(gè)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(hào)說(shuō)明：雖然本文未具體指定Intel x86處理器的具體型號(hào)，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(shí)現(xiàn)提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

在設(shè)計(jì)方案中的作用：

• 強(qiáng)大運(yùn)算能力：x86處理器的強(qiáng)大運(yùn)算能力能夠滿(mǎn)足PLC系統(tǒng)對(duì)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(kāi)發(fā)資源：基于x86架構(gòu)的軟件開(kāi)發(fā)資源豐富，有利于降低開(kāi)發(fā)難度和成本。

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

設(shè)計(jì)方案詳述

1. 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于VxWorks的PLC控制系統(tǒng)一般由開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)兩部分組成。開(kāi)發(fā)系統(tǒng)基于PC機(jī)，建立在Windows操作系統(tǒng)平臺(tái)之上，提供PLC應(yīng)用程序的編寫(xiě)、編譯和調(diào)試環(huán)境。實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)則負(fù)責(zé)完成系統(tǒng)配置、輸入信號(hào)處理、循環(huán)調(diào)用PLC程序及控制信號(hào)輸出等操作，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)或TCP/IP協(xié)議與硬件層（I/O）實(shí)現(xiàn)通信。

2. BSP定制與移植

板級(jí)支持包（BSP）是VxWorks內(nèi)核與底層硬件之間的軟件接口，通過(guò)BSP可以實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)對(duì)特定硬件平臺(tái)的支持。在將VxWorks移植到主控芯片上時(shí)，需要根據(jù)芯片的硬件特性定制BSP。例如，在AT91RM9200上定制BSP時(shí)，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(chǎng)總線(xiàn)，如Modbus、CAN、EIP等。這些協(xié)議和總線(xiàn)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(jìn)行無(wú)縫連接，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。

4. 實(shí)時(shí)性能優(yōu)化

為了滿(mǎn)足PLC系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)實(shí)時(shí)性能進(jìn)行優(yōu)化。例如，通過(guò)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(kāi)銷(xiāo)等方式來(lái)提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力。

5. 安全性與可靠性設(shè)計(jì)

在工業(yè)控制領(lǐng)域，安全性和可靠性是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要考慮因素?；赩xWorks的PLC控制系統(tǒng)通過(guò)采用全智能I/O設(shè)計(jì)、模塊冗余、電源冗余等技術(shù)手段來(lái)提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。同時(shí)，通過(guò)嚴(yán)格的軟件測(cè)試和質(zhì)量控制流程來(lái)確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)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(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，實(shí)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(chǎng)總線(xiàn)冗余等多種冗余方案，確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，該裝置還提供了豐富的內(nèi)置集成功能和開(kāi)放的通信接口，能夠滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

結(jié)論

基于VxWorks操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)是一種高效、可靠且靈活的設(shè)計(jì)方案。通過(guò)選擇合適的主控芯片、定制BSP、優(yōu)化實(shí)時(shí)性能以及設(shè)計(jì)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(jì)方案不僅提高了工業(yè)自動(dòng)化控制的效率和準(zhǔn)確性，還為未來(lái)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。