引言

　　開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)已是當(dāng)今研究熱點(diǎn)，在其發(fā)展高速、高效、高精度、智能化性能的同時(shí)，功能也在越來(lái)越強(qiáng)，盡量采用軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)控功能，盡量使硬件規(guī)模最小化。作為機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制核心的PLC也應(yīng)以軟件的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文基于SERCOS的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)為硬件平臺(tái)，構(gòu)建了軟82. 的體系結(jié)構(gòu)，以Windows2000為操作系統(tǒng)，在VC++6.0環(huán)境下開(kāi)發(fā)出軟PLC系統(tǒng)。

1 軟PLC開(kāi)發(fā)系統(tǒng)

　　本文的軟PLC開(kāi)發(fā)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從梯形圖到. 程序的轉(zhuǎn)化，省棄PLC的專用語(yǔ)言及其語(yǔ)法分析，采用可靠性高、效率高、通用的C語(yǔ)言，符合了開(kāi)放性的要求。

　　1.1 梯形圖的繪制

　　PLC是按巡回掃描方式工作，一般有三種編程語(yǔ)言：梯形圖、語(yǔ)句表和順序功能流程圖，其中梯形圖使用最廣。本文的軟PLC開(kāi)發(fā)系統(tǒng)就以梯形圖繪制為切入點(diǎn)，在VC++6.0集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下，基于MFC的文檔/視結(jié)構(gòu)，用其GDI對(duì)象中的位圖資源表示梯形圖符號(hào)，在視窗口的客戶區(qū)內(nèi)繪制梯形圖。為了正確畫出梯形圖，使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)鏈表來(lái)存取各個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)信息外，還有一個(gè)指向下一節(jié)點(diǎn)的指針；這樣，當(dāng)插入或刪除節(jié)點(diǎn)元素時(shí)，只需改變指針指向。

　　本文使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

　　這樣定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是正確繪制梯形圖所需。

　　由于本文的軟PLC是基于SERCOS接口的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，繪制梯形圖時(shí)，符號(hào)地址和實(shí)際地址的對(duì)應(yīng)就與SERCOS-RECO通訊模塊相連的I/O站的地址設(shè)置?？蓪⒎从硨?shí)際地址和符號(hào)地址對(duì)應(yīng)關(guān)系的表稱為助記符表。在生成助記符表文件時(shí)，采用了VC6.0++提供的屬性頁(yè)資源和列表框控件。考慮到梯形圖在顯示器的一屏內(nèi)畫不完，采用了水平滾動(dòng)條和豎直滾動(dòng)條實(shí)現(xiàn)梯形圖的瀏覽，并考慮到梯形圖的重繪。

　　1.2 梯形圖的編譯

　　(1)矩陣表：梯形圖是圖像文件，上下左右工整對(duì)應(yīng)，好像是個(gè)矩陣?？蓪⑺鎏菪螆D節(jié)點(diǎn)元素信息的鏈表里的數(shù)據(jù)拷貝一份到數(shù)組中，并對(duì)其進(jìn)行操作得到真正意義上的矩陣表，這是實(shí)現(xiàn)編譯和生成. 程序的關(guān)鍵。生成矩陣表用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

　　(2)梯形圖的編譯：繪制完梯形圖后，在運(yùn)行程序前，先要對(duì)梯形圖進(jìn)行編譯，檢查其中錯(cuò)誤。正確的梯形圖是轉(zhuǎn)化為正確的C程序并預(yù)期輸出的關(guān)鍵。

　　1.3 梯形圖轉(zhuǎn)化到C程序文件

　　本文的主要依靠生成. 程序，實(shí)現(xiàn)掃描語(yǔ)言到結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言的轉(zhuǎn)化，用以提高82. 運(yùn)行速度。生成. 程序時(shí)，先將矩陣表中各元素的符號(hào)地址做替換標(biāo)志字符$，例如常開(kāi)元素前加!，常閉元素前加$，輸出元素前加;，輸出反相元素前加!等。這樣在將來(lái)進(jìn)行實(shí)際和符號(hào)地址的地址替換，生成PLC開(kāi)發(fā)系統(tǒng)可操作的地址文件時(shí)，非常方便。此外，考慮到梯形圖是以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)順序執(zhí)行的，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)不管由多少行組成，它只能有一個(gè)輸出，故梯形圖最終是把并聯(lián)轉(zhuǎn)化為串聯(lián)執(zhí)行的，并且遵循從下到上，從里而外的八字原則。所謂從上到下，就是處理各網(wǎng)絡(luò)時(shí)從最后一行開(kāi)始找并聯(lián)。至于從里而外，需先解釋關(guān)聯(lián)類型。本文采用梯形圖并聯(lián)開(kāi)始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)之間所包含的元素個(gè)數(shù)來(lái)判斷并聯(lián)類型。如并聯(lián)開(kāi)始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)之間只有一個(gè)元素，稱為單個(gè)元素并聯(lián)；如有兩個(gè)元素，稱為兩個(gè)元素并聯(lián)；如并聯(lián)開(kāi)始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)之間有n個(gè)元素，稱為n個(gè)元素并聯(lián)。這樣，所謂從里而外就是如果網(wǎng)絡(luò)里存在多種并聯(lián)，先處理單個(gè)元素并聯(lián)，后處理多個(gè)元素的并聯(lián)。如果一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中既有單個(gè)元素的并聯(lián)又有多個(gè)元素并聯(lián)，第一次處理有單個(gè)元素的并聯(lián)，第二次處理兩個(gè)元素的并聯(lián)，第n次處理n個(gè)元素的并聯(lián)。經(jīng)過(guò)層層轉(zhuǎn)換，最終會(huì)把一個(gè)網(wǎng)絡(luò)變成一個(gè)串聯(lián)機(jī)構(gòu)，相當(dāng)于梯形圖的一行。這樣就可針對(duì)這行梯形圖寫出結(jié)構(gòu)化if語(yǔ)句，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)梯形圖到+ 程序文件的轉(zhuǎn)化。要成功編譯+ 程序，不僅寫出幾行正確語(yǔ)句，還須有頭文件、主函數(shù)min()、以及必要的變量說(shuō)明和賦值。圖1是生成C程序的流程圖。本文把這次轉(zhuǎn)化生成的C程序文件稱為Csiurse.c，然后根據(jù)助記符表文件中實(shí)際地址和符號(hào)地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換為PLC開(kāi)發(fā)系統(tǒng)操作的地址文件address.c。

2 軟PLC模型運(yùn)行系統(tǒng)

　　軟PLC模擬運(yùn)行系統(tǒng)是軟PLC的核心。通常的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)先將編寫的PLC源程序編譯成中間代碼，然后運(yùn)行系統(tǒng)的編譯器再將中間代碼翻譯為與硬件平臺(tái)相關(guān)的機(jī)器可執(zhí)行代碼并運(yùn)行后，即可輸出結(jié)果實(shí)現(xiàn)邏輯控制目的。本文的軟PLC模擬運(yùn)行系統(tǒng)是以開(kāi)發(fā)系統(tǒng)生成的地址文件address.c為輸入。

　　硬PLC是按巡回掃描原理工作的。在每個(gè)掃描周期內(nèi)，它都經(jīng)過(guò)輸入采樣、執(zhí)行用戶程序、輸出刷新三個(gè)階段。PLC在工作時(shí)建立1/10, 映像區(qū)，所有輸入采樣的現(xiàn)場(chǎng)信息都存儲(chǔ)到輸入映像區(qū)中供程序執(zhí)行時(shí)取用，所有輸出結(jié)果都存放到輸出映像區(qū)中，最后集中進(jìn)行輸出刷新。軟PLC的工作原理亦是如此。

本文采用windows提供的定時(shí)器實(shí)現(xiàn)巡回掃描。程序開(kāi)發(fā)運(yùn)行時(shí)，用函數(shù)Set Time設(shè)置定時(shí)器；程序結(jié)束時(shí)，用函數(shù)KillTimer消除定時(shí)器。巡回掃描功能在WM_TIMER信息映射的Ontimer函數(shù)里實(shí)現(xiàn)。只要定時(shí)器不取消，PLC程序就一直地循環(huán)執(zhí)行，輸出結(jié)果也在實(shí)時(shí)變化。

3 軟PLC性能測(cè)試

　　軟PLC優(yōu)于硬PLC的主要特點(diǎn)是掃描時(shí)間短、執(zhí)行速度快。本文的軟PLC系統(tǒng)把梯形圖掃描語(yǔ)言變成了結(jié)構(gòu)化+ 語(yǔ)言，采用if語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)所有邏輯。因結(jié)構(gòu)化if語(yǔ)句執(zhí)行速度非?？?，故軟PLC的執(zhí)行速度自然地得到了提高。為了驗(yàn)證這一特點(diǎn)，本文采用數(shù)字示波器結(jié)合)CL 實(shí)時(shí)子系統(tǒng)提供的測(cè)量時(shí)間的實(shí)時(shí)函數(shù)： RtEablePortIO，測(cè)量了1800多行if語(yǔ)句的執(zhí)行時(shí)間。測(cè)試結(jié)果為328us(而一般的PLC掃描時(shí)間為幾毫秒到幾十毫秒)?？梢?jiàn)，將梯形圖轉(zhuǎn)化為12 語(yǔ)句后，可使PLC的執(zhí)行速度大大提高。

4 結(jié)束語(yǔ)

　　數(shù)控機(jī)床中的PLC是連接NC和機(jī)床的橋梁或紐帶。本文開(kāi)發(fā)的軟PLC系統(tǒng)，把梯形圖轉(zhuǎn)化為C程序，將掃描執(zhí)行轉(zhuǎn)化為編譯執(zhí)行，克服了硬PLC的缺點(diǎn)，增強(qiáng)了通用性和兼容性，提高了性能價(jià)格比；這對(duì)發(fā)展開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)有著重要意義。