3.2软PLC运行系统的任务划分及实现
由2.4节可知，本软PLC运行系统由通信接口模块、系统管理模块、程序执 行模块、存储模块和I/O接口模块五个模块组成，每个模块用于完成指定功能。 根据软PLC运行系统的工作原理对每个模块的任务进行了划分：
与软PLC开发系统的通讯任务、与软CNC的通讯任务、与HMI界面的通 讯任务、普通程序执行任务、快速程序执行任务、用户程序存储任务、指令存储 任务、数据存储任务和I/O读、写任务以及系统管理任务，软PLC运行系统任 务组成如图3.1所示。
系统管理模块是软PLC系统的“控制核心”。软PLC运行系统启动后首先
进入系统管理模块，利用InitialPLCObjectsG函数定义并初始化PLC全局对象， 接着创建任务管理线程JobSchedulerThread和其它任务线程，在任务管理线程 JobSchedulerThread调度下各任务线程顺序执行。当用户程序循环结束后，系统 管理模块删除所有任务对象、事件句柄、释放内存空间等计算机资源，对应工作 流程如图3.3所不。
程序执行模块通过解释和执行PLC指令函数完成相应的逻辑运算，分为快 速程序执行和普通程序执行两个子模块。前者用于处理实时性要求较高的信号， 如急停信号、限位开关信号等等，执行周期5ms;后者则用来处理一般的循环扫 描任务，执行周期20ms。它们是两个独立的任务线程，执行指令函数的流程相 同：先从指令存储模块读取PLC指令、判断指令类型，接着调取软PLC指令函 数进行运算，最后将运算结果保存在数据存储模块，然后循环执行指令，当执行 END指令后退出循环，完成一次用户扫描程序，执行流程如图3.4所示。
通讯接口模块是数控应用程序之间通讯的通道，用于软PLC运行系统与开 发系统、软CNC、人机界面HMI以及其它第三方程序的数据交换。其中软PLC
运行系统与开发系统采用COM^COM方式进行通讯，即开发系统作为客户端向 运行系统发送用户程序，运行系统作为服务器端接收用户程序并反馈软PLC的 运行状态。
软PLC运行系统与软CNC、人机界面HMI是数控程序中的三个进程，它们 通过访问软PLC运行系统创建的共享内存区PLC_CNCBuffer、PLC_HMIBuffer 进行数据交换。由于软PLC运行系统和软CNC都是运行在RTSS环境下两个进 程，所以利用RTX提供的IPC (进程通讯对象）可实现数据通讯任务；而人机 界面HMI是运行在Win32环境下的非实时应用程序，它与软PLC运行系统是不 同控制内核下的两个进程，由于Win32进程优先级低于任何一个RTX进程，所 以在软PLC运行系统启动后人机界面HMI进程无法获得CPU资源将数据写入 共享内存PLC_HMffiuffer，因此需要解决Win32程序与RTX程序CPU资源的 分配问题，通常有以下两种方法：
定时分配CPU资源
定时分配CPU资源是指定一个事件，一旦触发该事件RTX子系统就中断在 正在运行的软PLC任务线程，将CPU资源让给Win32环境下的应用程序，使人 机界面进程将数据写入共享内存PLC_HMffiuffer中。中断事件对象由软PLC运 行系统利用函数RtCreateEvent〇创建，中断等待的时间由用户设置。
使用互斥体对象
互斥体对象是操作系统内核的一种数据结构，只允许获得该对象的任务线程 访问共享资源。利用互斥这一特性，首先在人机界面HMI程序中利用函数 RtCreateMutexG创建一个互斥体对象，虽然软PLC运行系统的优先级高于人机 界面HMI进程，但软PLC任务线程无法访问共享内存PLC_HMIBuffer中数据， 必须等待HMI线程调用RtCloseHandleO函数释放掉互斥对象句柄 h_mutexHMIPLC后才能访问该区域，在等待的这个时间片内Win32应用程序获 得CPU资源，人机界面HMI线程将数据写入共享内存PLC_HMIBuffer,并读取 软PLC给人机界面的数据，显示在人机界面上。
相比较定时分配CPU资源，使用互斥体对象等待的时间由操作系统分配， 占用软PLC循环扫描的时间较少，因此本软PLC运行系统采用互斥体对象实现 软PLC与人机界面HMI之间的通讯任务。
由于通讯过程类似，这里仅以软PLC运行系统与人机界面HMI的通讯为例 说明其执行流程，如图3.5所示。
I/O接口模块是软PLC系统与外部I/O输入输出模块进行数据交换的通道， 用于将I/O输入输出模块采集到的机床信号读入软PLC输入映像区，同时将输 出映像区中状态输出给I/O端口。其执行过程分为两步：，根据软PLC数 据存储区中I/O端子分配表与对应物理节点变量建立映射关系，完成端口配置； 第二，调用I/O接口模块的读写任务线程，在输入刷新和输出刷新阶段完成与外 部I/O输入输出模块的数据交换。
软PLC系统采用SoftSERCANS被动式主站卡作为作为数控系统的接口，所 以I/O输入输出模块先将采集到的数据信息存储在SERCOS I/O从站，由从站向 主站发送中断请求，将数据包发送给主站，软PLCI/0接口模块通过读写 SoftSERCANS被动式主站卡双口存储区中数据与外部I/O模块进行数据交换， 本文第四章对软PLC控制系统接口进行了详细的分析，这里只给出它们数据传递过程。
存储模块存储了软PLC运行系统中所有的数据、操作指令和数据地址，可 表示为：存储模块=数据地址+数据+操作指令，因此分为：用户程序存储 区、数据存储区和指令存储区。
在执行用户程序前，程序执行模块将每一个软元件的信息存储到指令链表中 供执行程序时调用。
数据存储区
数据存储区保存了所有软元件的状态，按照数据的来源分为：输入映像区(I)、 输出映像区(Q)、软PLC内部存储区(R)、定时器区(T)、计数器区(A)、本地通讯 存储区(L)、HMI通讯存储区(P)和CNC通讯存储区(C),每个区域所包含的信息 见表3.1。
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表3.1软PLC运行系统数据存储区 Table 3.1 Data store of SoftPLC running system
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软PLC运行系统以结构体的形式为每个存储区域分了配内存空间，除软PLC 内部存储区、输入映像区、输出映像区外，其余每个存储区域有256个软逻辑位供外部的物理元件使用。以本地通讯存储区为例，它存储了软PLC与Sercos的 通讯数据。
(3)指令存储区
指令存储区存储了软PLC系统的全部指令函数，当执行用户程序时，系统 从指令库中调取操作函数完成对操作数的运算，有关软PLC指令的设计与实现 详见本章第四节。
本文采摘自“五轴数控加工中心软PLC控制系统的研究”，因为编辑困难导致有些函数、表格、图片、内容无法显示，有需要者可以在网络中查找相关文章！本文由伯特利数控整理发表文章均来自网络仅供学习参考，转载请注明！