基于Windows+RTX 运行系统的数控系统软PLC 模块开发研究

丁荣晖

（苏州高博软件技术职业学院，江苏 苏州215163）

1 引言

开关量控制系统是数控系统的一项重要内容，其工作内容是对机床IO 及控制面板进行科学控制。具体到实际应用中，主要内容有独立硬件PLC、内嵌PLC、软PLC。独立硬件PLC 在工作中具有稳定性好、技术相对成熟等特点。内嵌式PLC 在工作中，可以直接在数控系统内部完成对开关量的控制，因此，具有工作程序简单、易操作等特点。然而，就当前实际情况来看，其中也存在诸多不足之处，如结构性封闭较差。

针对上述问题，基于Windows+RTX 操作系统平台，对数控系统软PLC 模块的开发做出相应分析，并对相关技术要点进行了实验。

2 软PLC 模块设计

2.1 软件平台选择

本文基于Windows+RTX 操作系统平台，对数控系统软PLC 模块展开分析。Windows 操作系统是业界广受好评的操作系统，具备较好的开放性、软件多样可利用资源优势。然而，就当前实际情况而言，Windows 运行过程中都不是“硬实时”操作系统，因此在实际工作过程中很难满足实际需求，这主要是由软PLC 的实际运行特点及对限位及刀库的控制模式所决定的。

而RTX 在正常工作中，可以同时提供进程间通信对象，能有效弥补单纯采用Windows 的不足，并提供了高分辨率时钟、定时器，以及中断管理。这些内容都可以为开发人员提供可靠的参考数据。因此，采用Windows+RTX 相结合的平台，能够充分发挥两种系统的优势，有利于改善传统系统模式的不足，有助于PLC 模块的进一步研发，并且在与CNC系统的通信共同使用过程中，能够有效达到合理控制机床开关量的目的。

2.2 软PLC 设计结构

软PLC 设计过程主要由两部分组成，具体如图1 所示。由图1 可知，软PLC 在RTSS 环境中工作，其相关工作流程是根据以上步骤所完成的。整个工作过程中，伴随数控系统的正常运行，通过不同任务栏的相互数据转换，从而完成工作，并实现数控系统控制的目的。

图1 软PLC 设计过程

3 软PLC 运行系统的设计

3.1 任务执行模块

任务执行模块工作流程如图2 所示。

任务执行模块启动后的工作过程可视为一个循环。这一循环过程中，相关任务执行模块首先从指令库读取相关信息，然后对相关数据进行分析，根据分析的数据结果，通过执行函数进行数据处理，然后开始下个循环工作模式。当接受End 指令后，任务执行模块则会停止工作，也就是完成了软PLC 的正常工作任务。

3.2 系统管理模块

系统管理模块是软PLC 运行的核心内容，其主要功能是负责整体数据处理及相关资源管理工作。

软PLC 正常工作时，针对系统管理模块的具体工作流程如图3 所示。

图2 任务执行模块工作流程

图3 针对系统管理模块的具体工作流程

系统管理模块工作时，先通过计算机Time Count++来处理系统中相应的数据信息，然后开启管理系统模块、开启IO模块，待IO 读写结束后，系统模块会及时开启高速执行任务。当Time Count 为4 的倍数时，则会开启普通任务执行模块。

3.3 I/O 模块

I/O 模块同样是软PLC 设计中的一项重要组成部分，其主要工作职责是负责数据的输入、输出工作。软PLC 工作流程如图4 所示，当系统进入实际工作时，首先会初始化IPC及其他全局变量，之后系统则会创建系统管理线程，并通过任务执行任务线程以及IO 线程，构建适合PLC 正常运行的系统环境。然后，系统在正常工作模式下，系统管理线程负责调度其他线程工作，并通过控制整个系统模块，完成相关功能的控制工作。最后当任务结束时，系统会停止工作，并自行退出整个工作程序。

图4 软PLC 工作流程

3.4 软PLC 多任务系统的同步与通信

软PLC 正常工作时，主要是通过4个模块来进行工作，并配合多线程技术来实现相关功能。IPC 对象在进行线程同步通信过程中，主要用到7个IPC 对象，具体如表1 所示。

表1 软PLC 运行系统IPC 对象

3.5 软PLC 运行系统测试

此次设计中为了进一步验证软PLC 的相关功能，可采用实验平台进一步加以验证，具体如图5 所示。该软件平台采用Windows XP+RTX6.5 系统，硬件平台为PC、固高GO400 运动控制卡、固高IO 端子卡及LED 灯测试板。

图5 验证软PLC 的相关功能

测试结果表明，基本指令执行时间为0.01 μs，功能指令的执行时间为0.015 μs。同时实际推断结果能够发现，该软PLC 执行500 条指令所用的时间仅为0.007 ms，因此，该PCL 在实际工作过程中，能够高效率完成相关指令操作，具有较好的使用性能，可以胜任机床开关的相关操作任务。

4 结语

总而言之，数控系统软PLC 模块的研究与开发是一项复杂的工作，采用软PLC 系统能够有效完成数控系统开关的相关功能操作，并且具有一定的开放性与兼容性。然而具体到实际使用过程中，由于Windows 运行过程中都不是“硬实时”操作系统，因此在工作过程中很难满足实际需求。因此，该平台工作中采用的是Windows+RTX 操作系统，经过实际测试，判定软PLC 在该环境中能够正常运行，并高效完成了相关操作。