西門子PLC總代理商-松原

時(shí)間：2023-07-24作者：潯之漫智控技術(shù)(上海)有限公司瀏覽：9

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PLC分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)與I/O處理

現(xiàn)代工業(yè)控制需求的日益提高要求PLC通常用于完成比較復(fù)雜的項(xiàng)目，例如，PLC用于DCS，不同的PLC模塊分別完成管理、控制、現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集與處理，多個(gè)PLC控制從站之間的通信等另一方面，一個(gè)系統(tǒng)在完成之后，常常需要擴(kuò)容，在不改動(dòng)原有硬件的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)硬件以模塊方式添加進(jìn)行擴(kuò)展，同時(shí)，系統(tǒng)的原有軟件也不動(dòng)，新的軟件也以模塊方式添人一個(gè)復(fù)雜項(xiàng)目下的多個(gè)任務(wù)同時(shí)執(zhí)行。這些都需要分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的支持。

控制任務(wù)對(duì)于操作系統(tǒng)的要求是，模塊化結(jié)構(gòu)，在一個(gè)精確的時(shí)間段內(nèi)迅速、反復(fù)地執(zhí)行應(yīng)用程序。

在PLC發(fā)展初期和中期，常規(guī)的PLC大多依賴于單任務(wù)的時(shí)鐘掃描或監(jiān)控程序來處理程序本身的邏輯運(yùn)算指令以及外部I/0通道的狀態(tài)采集與刷新，整個(gè)應(yīng)用程序采用一個(gè)循環(huán)周期。但事實(shí)上，在一個(gè)較復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，雖然往往有一些數(shù)據(jù)變量的實(shí)時(shí)性要求很高，但也有很多大慣性的模擬量對(duì)實(shí)時(shí)的要求并不是太高，如果所有的變量都采用同樣的刷新速度，這實(shí)質(zhì)上是對(duì)資源的浪費(fèi)。循環(huán)順序掃描的運(yùn)行機(jī)制直接導(dǎo)致了系統(tǒng)的控制速度嚴(yán)重依賴于應(yīng)用程序的大小，應(yīng)用程序一旦復(fù)雜龐大，控制速度就必然降低，這無疑是與I/O通道高實(shí)時(shí)性處理的要求相違背。

PLC引入大型計(jì)算機(jī)的分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)理念，采用分時(shí)多任務(wù)的運(yùn)行機(jī)制，使得應(yīng)用任務(wù)的循環(huán)周期與程序長(zhǎng)短并不是那么緊密相關(guān)，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)工藝需要自由設(shè)定應(yīng)用程序的**執(zhí)行順序，在CPU運(yùn)算能力允許的前提下，控制周期按照用戶的實(shí)際要求設(shè)定，從而將應(yīng)用程序的掃描周期與真正外部的控制周期區(qū)別開來，滿足了實(shí)時(shí)控制的要求。

分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)可以分為多個(gè)任務(wù)層，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)模塊化、結(jié)構(gòu)化的應(yīng)用軟件在編制用戶程序時(shí)，一個(gè)完整的復(fù)雜項(xiàng)目可以分成多個(gè)獨(dú)立的任務(wù)來完成。每個(gè)任務(wù)都是獨(dú)立的程序部分，它可以完成許多不同的功能(數(shù)字量和模擬量的相互關(guān)聯(lián)、控制、定位等)。合理地分配一個(gè)項(xiàng)目，可以使應(yīng)用項(xiàng)目結(jié)構(gòu)化、模塊化。

2)用適合的編程語言創(chuàng)建任務(wù)∶結(jié)構(gòu)化的優(yōu)點(diǎn)是每個(gè)任務(wù)可以用合適的編程語言來建立，單個(gè)的功能容易編寫，并且使功能模塊化，單個(gè)任務(wù)的故障處理也變得簡(jiǎn)單。

3)用戶可以按需要設(shè)定每個(gè)應(yīng)用任務(wù)的循環(huán)時(shí)間。

4)對(duì)于特殊任務(wù)的響應(yīng)時(shí)間不受完整程序循環(huán)時(shí)間的限制。

5)任務(wù)維護(hù)非常簡(jiǎn)單。

當(dāng)使用分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)時(shí)，處理器的能力分在多個(gè)任務(wù)中，可能導(dǎo)致同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)數(shù)據(jù)，因此分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)必須具有如下性能∶

1)并行處理幾個(gè)控制任務(wù)。

2)確定多個(gè)任務(wù)的處理時(shí)間。

3)監(jiān)控任務(wù)時(shí)靈活設(shè)定循環(huán)時(shí)間。

4)每個(gè)任務(wù)級(jí)別分配一致的I/O映像。

基于分時(shí)多操作系統(tǒng)平臺(tái)，PLC的應(yīng)用程序可分為多個(gè)獨(dú)立的任務(wù)模塊，用戶可以方便地根據(jù)控制項(xiàng)目中各子任務(wù)的不同功能要求，如數(shù)據(jù)采集、報(bào)警、PID調(diào)節(jié)運(yùn)算、通信控制、數(shù)據(jù)打印等，開發(fā)相應(yīng)的控制任務(wù)模塊，在分別編制和調(diào)試之后，可一同下載至PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。控制項(xiàng)目中的各子任務(wù)在分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的調(diào)度管理下，并行協(xié)同運(yùn)行。

分時(shí)處理各個(gè)控制任務(wù)給控制項(xiàng)目執(zhí)行帶來的好處是設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)不同任務(wù)對(duì)實(shí)時(shí)性能的不同需求，*不同的**等級(jí)，確定不同的循環(huán)周期，使得這些任務(wù)模塊既相互獨(dú)立運(yùn)行，數(shù)據(jù)又保持一定的相互關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)確定的分時(shí)多任務(wù)控制，即使是某個(gè)任務(wù)處于等待狀態(tài)，其他任務(wù)也可繼續(xù)執(zhí)行。

分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制是源于大型應(yīng)用軟件模塊化的設(shè)計(jì)思想，，它帶來了項(xiàng)目開發(fā)效率上的提高，有著常規(guī)PLC無法比擬的靈活性。多任務(wù)的設(shè)計(jì)使得各個(gè)任務(wù)模塊的功能描述趨清晰簡(jiǎn)潔。二，用戶可以自行開發(fā)自己*有的而又同時(shí)具有通用性的獨(dú)立功能模塊，將其封裝以便于日后在其他應(yīng)用項(xiàng)目中重新使用。三，各個(gè)不同的任務(wù)還可以由開發(fā)小組的不同成員分別編制。不同的開發(fā)人員基于共同的約定，可以靈活選用符合IEC1131-3規(guī)范的不同編程語言進(jìn)行任務(wù)編程設(shè)計(jì)，有利于軟件設(shè)計(jì)可靠性的提高，也有益于開發(fā)人員短時(shí)間內(nèi)編制出結(jié)構(gòu)清晰、功能明確的控制程序。








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