基于VxWorks的MB系列智能可编程控制器设计

　　1 引言

　　可编程控制器在PLC长期的使用过程中也逐渐暴露出了诸如开出回路简单;通信扩展能力差;梯形图语言编程烦琐;调试不够方便等技术局限。伴随着计算机技术、信息技术及工业控制技术的飞速发展，对PLC的发展提出了更高要求，主要体现在:需要更高功能、更快速度、更大容量的PLC产品，以完成大型的控制项目和实现网络化及更强的通讯能力;要求控制更加可靠，性能更加稳定;要求提供多样化的更方便的编程语言等。

　　为此，南京南瑞自动控制有限公司研制出新一代MB系列智能可编程控制器，它继承了传统PLC的优点，又弥补了传统PLC的技术薄弱环节，是对传统PLC功能的极大提升。该产品集智能、可靠、开放、灵活于一身，适合多种复杂控制领域的应用。

　　2 MB系列智能可编程控制器设计

　　2.1 MB系列智能可编程控制器结构

　　MB系列智能可编程控制器采用LAN/FieldBus系统体系结构，提供标准的以太网接口完成与上位机系统的通信。主控模件与智能I/O模件之间采用现场总线CAN作为内部总线及扩展总线，现场总线特有的高可靠性和对现场环境的适应能力，使得MB系列智能可编程控制器系统配置的灵活性和可靠性大大提高。图1为双主控热备冗余模式下的体系结构。

图1 MB系列智能可编程控制器体系结构

　　在Intel x86硬件平台上，应用WindRiver公司的Tornado集成开发环境，实现基于VxWorks的可编程控制器。

　　2.2 MB系列智能可编程控制器特点

　　(1) 高性能的主控模件:高档的软硬件配置使得主控模件具有强大的数据处理能力、运算能力以及通讯处理能力;

　　(2) 开放的标准的以太网通信接口:对外提供10/100M以太网接口，支持Modbus/TCP协议，可与上位机及各种监控软件互连;

　　(3) 先进的现场总线网络:采用现场总线CAN网，具有通讯速率快、抗干扰能力强、成本低、结构简单、扩展灵活、实时性好等特点，为系统扩展及远程控制提供了方便;

　　(4) 强大的串口通讯功能:提供了串口通讯模件，可自由配置，可方便地与其他智能设备通讯;

　　(5) 高可靠的热备冗余方案:支持双CPU、双以太网、双电源的热备冗余方案，自动实时备份数据;

　　(6) MB系列不同型号PLC之间方便灵活的互连:可实现不同PLC之间的无缝连接，无需任何扩展模件，节省系统成本;

　　(7) 全智能I/O设计和一系列安全性、可靠性设计为系统的安全可靠运行提供了保障:开关量输入模件的光电隔离和软件滤波功能;开关量输出模件的反读、校核及执行继电器的联合控制确保在任何情况下不会发生误动;温度量输入模件先进的每路独立横流源设计大大提高了采集速度和抗干扰性;模拟量输入模件飞度电容的设计方法保证了内部电路和外界干扰的绝对隔离，大大提高了采集精度，最大限度地降低了模拟量漂移;

　　(8) 界面友好、使用简单的编程软件

　　灵活的梯形图编程语言及更多更丰富的梯形功能模块;全汉化的梯形图设计大大提高了梯形图程序的可读性;直观的可视化流程图编程语言，使复杂控制流程的实现变得非常简单;模块化程序结构，程序之间可相互调用;支持远程编程和调试;

　　(9) 直接的GPS同步时钟接口

　　直接提供GPS同步时钟接口，无需编程及设置，硬件对时可达模件级，SOE事件信息更加精确、可靠;

　　(10) 方便实用的现地人机接口

　　提供了与触摸屏的串行通讯接口，支持Modbus通讯协议，可与多种触摸屏直接连接，无需增加辅助设备，也无需编写通讯驱动程序。

　　2.3 操作系统和开发环境

　　为保证软件的可靠性和发挥装置的实时性能，项目采用了国际上最广泛使用的32位实时操作系统VxWorks。VxWorks是专门为嵌入式微处理器而设计的模块化、高性能、实时的操作系统。VxWorks是目前世界上用户数量最大的实时操作系统，具有丰富的应用软件支持、良好的技术服务、可伸缩性、可裁减性和可靠的系统稳定性。VxWorks的开放式结构和对工业标准的支持使开发者只需做最少的工作即可设计有效的适合于不同用户要求的实时操作系统。

　　VxWorks的开发环境是WindRiver(风河)公司提供的Tornado。Tornado采用主机-目标机开发方式，主机系统采用运行Windows2000/NT的工作站或PC，VxWorks则运行在x86等目标处理器上。Tornado提供了友好的可视化开发界面、交叉编译环境、源码级调试工具、目标机命令解释器和目标机状态监视器等多种应用工具，为应用软件开发提供了一个高效而可靠的平台。


　　3 关键技术

　　MB系列智能可编程控制器的软件设计，关键是软件实时性的保证，其中包括任务的划分、任务间通信机制的选择、中断处理程序、网络通信程序和串行口通信程序的编写等关键技术。