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培养学生掌握一定的操作技能，是各类职业技术教育的一项重要任务。目前，我国职业技术技能人才的紧缺已制约了快速向前发展，大力发展职业技术教育，加强中、技术技能人才的培养已成为当务之急。因此，职业技术学校作为培养合格技术技能人才的基地之一，理应承担起这一社会责任。从另一个角度来讲职业技术教育要提高自身的社会竞争能力，就要提高办学质量和水平，教学特色，适应当前社会的经济发展和科技进步，培养学生具有较强的实践操作能力和一定的能力、创业能力；特别是培养学生解决生产企业中实际问题的能力，以满足市场经济条件下的社会和企业的发展需求已经刻不容缓。目前，实用型技术人才有着较为广阔的市场需求，所以“维修电工”的含义已不仅仅是传统上的操作和维修了，在内容的设置方面充实新的知识和内容。电气维修如果还只是单纯停留在继电器、接触器控制上就不能满足企业的技术要求。为此，除了要求学生掌握基本的理论知识外，要学生的实践技能和水平。让学生在校学习期间就能在实际操作技术方面达到符合生产实际需要的标准，否则就会被市场需求所淘汰。因此，在维修电工教学中充实可编程控制器及其应用的课题势在必行。那么能否舍弃基础教学环节而急于求成呢？我作为一名职业技术学校电气技术的实习指导教师，经过多年的生产实习教学和实践，有如下一些体会：
一、 欲速则不达。培养学生水平和实践能力要耐心引导，抓好教学的基础训练和学习。
技术学校的学生学习基础参差不齐，在教学上必然存在困难，这就要求我们指导教师基本功要扎实，理论水平要高，因地制宜的安排好教学内容的顺序；才能发挥这些学生的长处并增强其信心，提高他们克服学习困难的勇气，从而让学生由简到繁的掌握各个课题的控制原理和工艺要求。可以说所有的技工学校都是根据国家劳动和社会部技工学校电工类的教学大纲，并结合各自的实际情况各自的教学计划。我校也有自己的模式和特色，且在教学实践中不断的探索和完善。例如二年级的实习课程已涉及机床控制电路的学习，如何使学生领会控制原理，提高学生立安装、维修操作的水平是本实习教学的。为了解决这些问题，一些教师只强调多学多练，这固然重要。然而电器电路的安装及，不是单纯强调多练就能从根本上解决问题的。因为控制电路是多种多样的，不同的控制对象有不同的控制电路且方法、元件亦有多种，故接线方式方法就会各不相同；造成的故障现象也是多种多样、意想不到的。因此，只有利用控制原理去分析其原因，确定、缩小故障可能出现的范围，才能快捷地查找出故障点。如果不用电工理论去深刻领会控制原理，只凭多做多练是难以安装出高质量的电路控制板的，谈不上电路维修了。所以没有一定的电工控制理论基础是学不好维修电工实习课程的，于是我翻阅了实习用的相关教科书，发现机床控制电路不外乎是基本逻辑控制电路。为此，我把学生可以理解和接受的逻辑代数中的逻辑与、逻辑或、和逻辑非的控制关系介绍给同学们，让他们在学习中具备基本的控制理论。而这些知识恰恰与工教学中的数字电路知识和可编程控制器应用技术是紧密联系的。这样既使学生掌握电路的基本分析方法、了解简单机床控制电路的设计技巧，增加了学生的学习兴趣；又为将来步入工学习PLC、复杂设备的维修奠定了基础。
在此基础上，把学生熟悉控制电路、巩固控制理论知识和工艺安装训练依据他们接受的顺序按照步骤安排学生们进行练习。要求学生不考虑配线工艺，根据电气控制原理图在电器安装板上用BVR软导线和实际器件装接。完成后在不通电情况下，组织学生利用万用表进行自查和互查，进一步使学生熟悉所学电路、提高自主学习的兴趣和信心，后老师检查无误再通电试车。由于没有配线工艺的要求，学生可以集中精力掌握和熟悉控制电路，由简到繁、由浅入深、多学多练，使学生学到的控制理论知识马上得到运用和验证，既节省了大量用于安装工艺训练的时间，又大大提高了学生掌握和熟悉控制电路的接受效率。接下来在学生已经掌握控制电路的基础上，再要求学生注重安装工艺技能的练习和掌握，包括电器元件在安装板上的位置要与布线要求、维修方便、美观合理等因素综合考虑。此时的学生已经对电路的器件构成、电路形式、工作原理有了较深刻和直观的认识，接受上述装配工艺要求自然就不困难了。通过实践，这样安排教学便于学生接受机床配电这一单元的知识，并能使学生做到知识上的融会贯通，从而有效的提高了教学效率的同时，提高了学生的技术理论知识和分析解决实际问题的操作技能水平与能力。
二、 以市场导向为根本立足点，注重学生能力的培养。
随着经济的发展和科技的进步，机械行业已经从机械化向智能化方向发展，加工手段已经由技术型向智能型转化。原来有继电器控制的生产设备，因其控制装置体积大、耗电多、性差、改变生产程序不方便等缺点已不能满足产品多元化生产方式的需要。而可编程控制器正是综合计算机技术、自动控制技术以及通讯技术发展起来的新一代工业自动化控制装置。它以其控制能力强、改变生产程序灵活方便、性高等特点，在工业自动化控制中显示出较大的优越性。因此它在自动化控制中得到了广泛应用，使自动化设备不断优化、升级，因而具有广阔的培训前景。目前可编程控制器的应用在我国有了很大的发展，并了良好的经济效益，但由于企业现有技术工人在这方面知识欠缺，难以承担设备维修、程序调整等任务，故在一定程度上影响了企业生产的正常运行。所以我认为技术学校教学内容的设置一定要放宽眼界，瞄准市场的要求，以培养生产所需的劳动者为突破口。为此，我校在完成了电力拖动单元电路和机床控制电路的教学内容基础上，紧随其后安排了可编程控制器这一内容；既使继电器控制的教学内容得到合理的延伸，又降低了教学上的难度便于学生理解和掌握，收到了较好的教学效果。因为学生在学习继电接触器控制课题上有了较扎实的基础，况且可编程控制器又与以往的接触器控制有相同和相似之处，故学生学习起来感觉知识内容既连贯又易于掌握和接受。事实明，这样做还是符合教学规律的。可编程控制器是按照用户的控制要求编写程序来进行的，而程序的编制就是用一定的编程语言把一个控制任务描述出来。我们在教学中采用的是梯形图这种图形语言，因为它沿用了传统的继电接触器控制中的继电器触点、线圈、串并联等术语和图形符号，而且还加进了许多功能强而又使用灵活的指令，将微机的特点结合进去，似的编程容易。梯形图比较形象、直观，对于熟悉继电接触器控制系统的学生来说也易于接受。这种编写程序的语言表达方式，使学生们在学习进程中也很感兴趣。但教学中模拟实验设备的选择会在一定程度上影响教学效果。所以，在模拟实验编程程序时，对于可编程控制器各种输入输出来讲既形象又直观，并且可以根据教学、考核需要，将设备各立的控制环节结合，精心编排，设计例题。例如：在基本指令和梯形图设计的课题中，可以结合所学的电力拖动单元控制电路或机床控制电路进行编程练习和程序的相互修改练习，也可以分别利用1—3台电动机的简单运动进行编程练习。以此来充分发挥设备各控制环节与教学、考核内容之间的联系，较好的完成教学、考核任务，达到一机多用的目的。值得一提的是，可编程控制器技术是一门建立在微机技术及电气自动化控制基础上的学科。实习指导教师和理论课教师应积地通过自学、培训等方式尽快掌握熟悉它，以好的胜任不断发展的教学工作。
三、可编程控制器的教学体会和探讨。
可编程控制器虽然型号、系列、厂家多种多样，但是它们都是采用逻辑指令、梯形图的编程方式。可以通过对某一可编程控制器编程的学习，达到触类旁通的目的。例如我校采用的就是松下FP1系列C16和C24两种型号的可编程控制器。它的编程设备有两种：即便携式编程器和利用编程软件在计算机上编程。考虑到便携式编程器的编程功能所限：体积小、不占空间、但显示屏幕只能显示当前的一条程序指令、前后指令语句只能逐条翻滚显示、一旦输入错误指令不便于操作者对整个程序的检查和修改且无法在bbbbbbs界面下直接利用梯形图编程显示。而利用已经淘汰的IBM80386以上兼容机配以NPST-编程软件来取而带之，可以改善上述不足，且在编程过程中大的方便了操作者对所编程序随时进行检查和修改，使用效果便携式编程器。与此同时还节省了每台可编程控制器另外配备一台便携式编程器所带来的不必要的开支。我校所建的PLC机房共投资了25台可编程控制器，编程器全部采用IBM80386计算机配备编程软件，这样算下来可省去25台便携式编程器的额外开销。同时，使用计算机编程软件进行教学，不但克服了编程器的局限性，还有许多优点：诸如易实现网络化教学、脱机编程减少教学设备投入、学生上机实习或考核的时间不再受PLC机器数量的限制等。
通过一段时间的教学实践，使我感到可编程控制器技术是一门理论性、趣味性、实践性都很强的课程，而它又与机床电器控制电路有着密不可分的紧密联系。只要我们从教学实践出发，抓好教学的基础训练，以市场需求和导向为根本立足点，合理安排好教学内容的先后顺序，注重学生学习兴趣和能力的培养，就一定能确保教学质量，在教学中很好的社会效益和经济效益的。也只有这样，我们的职业技术教育才能在激烈的市场竞争中求得发展，焕发出勃勃的生机与活力
一．PLC发展的现状:
可编程序控制器(PLC)是在继电接触器控制和计算机控制基础上开发的工业自动控制装置,是计算机技术在工业控制领域的一种应用技术。进入二十世纪八十年代以来，随着微机技术和微电子技术的迅猛发展，大推动了PLC在世界范围内的发展，其功能越来越强大，应用范围越来越广阔，已广泛应用在各种机械和生产过程的自动控制中。
我国在七十年代末期开始对PLC进行研究、生产和应用。在近十年来，了非常好的成绩。特别是在应用方面，随着国力的增强和生产力的提高，PLC已经渗透到了各个领域。在生产方面，为了提高生产效率和工业的自动化，我们引进了许多在世界上都处于技术的成套设备，如上海宝钢集团上马的期工程中，就采用了250台PLC，二期工程中有采用了180台。再如，总部坐落在北京的神华集团，其下属神东公司，其煤的日产量在世界，所使用的采煤设备是当前世界的三家公司的新产品，因而大量地使用PLC等技术。还有三峡工程、秦川电站、天津开发区的康师傅方便面生产线等都用了PLC控制。现在PLC不但应用于冶金、矿业、机械、轻工等工业自动控制中，在其他领域它也有着广泛地应用。例如，**建设中的水处理，沥青、混凝土的拌和；日常生活中的电梯、车库的自动化管理等、货物存取等；商业中的自动售货机，啤酒罐装及酿酒等；另外还在环保、业中也有应用。
以前PLC应用得比较少时，只需要有较少的技术人员掌握即可满足生产要求，但是随着PLC应用范围的扩展、功能的日益强大，同时PLC在生产中的地位越来越重要，只有少数技术人员懂得PLC的现状再也不能满足企业控制技术发展的要求了。现在招聘维修电工不但基本技术要扎实，还要懂得PLC技术、变频技术及微机技术的原理和故障鉴别等。而对于在生产线上的普通操作也应该懂得一些关于PLC、变频器等方面的基本知识，这样既可便于生产操作，又可以对生产和维修有很多帮助，如帮助维修人员明确故障的范围和现象，缩短故障维修时间，好的保证生产的顺利进行。这也正好符合PLC当初的设计初衷，即：是操作人员使用方便，不存在计算机与传统电气控制间的“鸿沟”。
综上所述，针对目前，中技电类毕业生毕业后主要面向企业的电气维修及操作人员分配的现状，因此笔者认为在中技层次的电类教学中开展PLC等新技术的教学是非常必要的。
二．目前中技教育的现状：
目前在进行维电的天津市各中技学校中，一般都具有了PLC等设备，只不过数量不同而已。它们现阶段主要服务于“工”或“技师”等比较高层次的技能培训中。而对于中技层次的培训，一般由于以下三方面的顾虑，使学校不敢把这些设备投入到中技的教学中来。
，技校学生从初中开始学习底子较差，在技校的理论课学习中能容易形成抵触情绪，造成理论知识贫乏的恶性循环，而PLC的学习需要一定的电基础。如果基础太差会增加PLC教学的困难，影响教学质量，甚至造成高投入低产出的恶果 。
其次，技校学生电基础本质较差，自我约束能力较差，加上学习的劲头在不足，就易造成设备的损坏。而PLC等设备的价格较高，一般机型的单台价格均在2~3千元左右。一旦损坏必然要造成学校投入的不必要浪费。
再次，现阶段天津市中技学校按照劳动局的要求实施教学制为三年，一般为理论课一年，实习课一年，三年作为预分配和生产实践教学的模式。二年实习的主要任务是中级工的技术等级，在这一年里学生需要掌握电工基本操作技能，照明、电动机、电力拖动及机床维修、电子技术的课题，需要引导学生从入门到具备中级技能，时间比较紧张。各个学校能够达到基本要求都已经很不容易。
三．解决方法：
综上所述PLC等课程在中技教学中实施比较困难，但PLC等技术在社会中已达到广泛应用，社会需要具备此项技术的人才。因此我们采取一些方法解决实施的问题。笔者认为，我们应从以下几方面来着手解决：
其一：劳动局直管部门协调，对一年级理论课教学大纲进行适当的调整。目前中技理论课教材中虽有PLC方面的课本，但一般学校就不作教学安排了。可以本着发展的眼光由劳动局直管部门协调，将PLC课程加入一年级理论的教学中，并对开展的学校予以适当鼓励。
其二：根据PLC课程教学的规律，可针对PLC教学实施一体化的教学方式。各学校可聘请PLC教师或相关实习教师担任PLC课程的教学工作。由于PLC课程本身就是微机原理的一门应用学科，因此决定了其理论教学与实训不可分割的特性，边学边练，只有这样才能有利于PLC知识的掌握，从而达到好的教学效果。
其三：根据中技学生的特点，在教学中多注意理论联系实际。为了引起学生的学习兴趣，我们可以在教学初期组织学生们到一些现代化的企业中进行参观活动，让他们了解PLC在实际生产生活中的应用，使他们知道学习PLC的重要性。在教学中也要尽可能多地联系实际，比如做一些霓红灯、交通工具控制、电梯控制等实际应用的课题，全力提高他们学习的积性。
其四：在鼓励学习的同时，严格加强设备的管理，建立健全的实践设备管理制度。在实训开始阶段就应帮助学生树立爱护设备的意识，逐步形成良好的设备使用习惯。严格要求学生，损坏东西应及时报告老师，老师可根据损坏情况帮助维修。否则发现损坏不报者就严格处罚。即实行“严格要求，人性化管理”的方法。
其五：努力培养学生的立操作能力，注重能力的培养。笔者一直认为对于中技学生的教育不应只片面看重成绩。关键是一种能力的培养，使之具备一种能力，来满足未来社会的发展和自身生存的需要。在教学中加大实验实训的分量，力争使理论与实践的比例达到1:1， 甚至实践过理论。同时在学习中注意鼓励每个学生都动手去做，动脑去想。
以上是我关于在中技培训中开展PLC教学的一点想法。值得欣慰的是我们学校在这方面走在了天津市中等职业教育的。我们学校由于比邻工程师范学院自动化系，众多教师是自动化系的毕业生，在源峰公司对PLC教学产品研发阶段就对PLC有了接触。经过教研组调研，一致认为PLC在未来几年中一定会成为工业设备控制的主流，同时企业对PLC操作控制和基本编程的人员的需求将大幅度增加。另外从开发新课题，扩宽学生就业渠道，提高学生技能水平来讲也是有利无害的。校及实训在听取教师汇报后马上意识到了PLC在未来工业控制的重要性，同时也认识到PLC不只是大专院校的，也会在中等职业技能培训中占有一席之地。因此我校从2002年开始着手PLC课题和设备的建设，到2004年已拥有松下FP0 30余台OMRON C28及C60十余台，基本满足实训教学的要求，且在天津市中技学校中处于较的地位。
我想只有通过大家一起努力才能逐步提高天津市技术工人的水平，使天津市工人素质与发达的社会生产力及的设备相配套，从而大限度地发挥设备的潜能，为我们生产力和综合国力的进一步提升创造有利条件。
1.引言
唐山钢铁公司中型厂是生产型钢的企业，原有4套钻、铣床设备，用于轻轨精整。其电气控制系统采用继电器及接触器构成，控制手段比较落后，控制效果取决于操作工经验和精神状态，各道工序间连贯性差，费时又费力，故障率较高且维修困难，影响了生产效率。因此，有必要进行技术改造。PLC控制具有性高、柔性好、开发等优点，特别适合于机床控制和故障自诊断系统，可以大大减少继电器等元器件的数量，提高电气控制系统的稳定性和性，从而,用PLC控制系统替代体积大、投资大、耗能大的继电器是电气控制系统发展的趋势。鉴于上述原因，我们利用PLC技术对原有电气系统进行了技术改造。
2.系统功能
轻轨精整PLC智能控制系统包含铣床和钻床控制，实现的基本功能如下：
（1） 切换功能：可实现手动与自动控制的切换。在通常情况下使用自动档，当需要检修或调试的时候，切换到手动档。
（2） 自动报警功能：发生异常情况，可随时报警。当夹紧头快下、动力头快进、动力头工进以及动力头快退四个部分中任何一段出现异常情况时，与之相应的声光报警就会动作，让现场工作人员采取措施，避免或减少事故所造成的损失。
（3） 自动记忆功能：配有“停车”及“继续运行”按钮。当工作过程中出现某些问题需要暂停运行时，按下“停车”按钮后，机床停止运行，各部分均停留在原处不动。再按下“继续运行”按钮，则机床继续运行。
（4） 紧急停车复位功能：配备有“紧急停车复位”按钮。当在工作过程中发生异常，或中途突然停电后恢复时，按下此按钮使机床各部件回到加工前的初始状态。
为实现上述功能，需要对运行过程进行智能判断，进行相应的控制。同时考虑到PLC的运算功能的限制，需要加入故障诊断模块，并进行相应的显示。
3. 系统组成
该系统有输入、控制运算和输出三大部分组成。
1）输入部分包括操作按钮和信号检测两部分。
a.操作按钮用来人工设置参数或进行手动操作，处理紧急情况。
b.信号检测是由传感器自动监测生产线上机床的工作情况，一旦出现异常情况，马上报警提示操作者，以进行相应的故障处理，如紧急停机处理等，从而避免事故的发生。
2）控制运算部分
控制运算部分主要由PLC来完成，由控制系统的应用软件来完成信号的输入、处理、控制输出的主要功能。
3）输出部分包括报置、输送和动力装置、固定装置
a.报置由闪烁的红、黄、绿三种颜色灯和报警铃声构成，三种颜色分别对应三种不同报警级别。表示系统正常，黄色表示系统参数范围，但仍能工作，需要进行处理;红色报警并伴随报警声音，紧急停机处理。
b.输送装置由PLC输出的信号控制主电路，给电机发送指令，让其自动完成原料的传送与动力传送。
c.液压装置是固定装置，由PLC控制器给定的信号，经电磁阀控制液压设备，将原料固定在某一位置，为原料加工服务。
4.系统软件设计
4.1 PLC软件设计考虑的问题
利用梯形图编制控制程序，在 PLC软件设计中要考虑以下几个问题：
（1） 强电关断原则：在铣床软件设计中，只要控制信号中有强电关断的信号，则不管其它信号如何都要关断强电。如图2所示，只要关断信号XO2=1，则中间继电器 M100 都要被关断。 （2） 动作互锁原则：有些控制不能同时动作，就要进行互锁。如主轴正、反转控制，
（3） 顺序联锁控制原则：即有些控制要求次序不能颠倒，这就要求个动作常开触点串在下一个控制动作中，同时将后一个动作中的常闭触点串在上一动作的控制回路中，
总之，影响PLC控制系统的因素很多，只要我们在软件设计时充分考虑到各方面因素，就可避免出现故障，控制系统的运行就会加稳定 [2] 。
4.2 PLC基本控制程序设计
4.3 故障诊断模块的程序设计
对于PLC系统，由于内存资源有限，复杂的智能诊断难于实现，为此加入了故障诊断智能模块，该模块以单片机为基础，采用C51编程，可方便实现各种控制算法。
采用故障树推理与经验规则推理相结合的方法，利用智能模块的I/O功能及内部信息进行故障诊断。[3][4]
（1） 故障结构分析
在进行故障诊断设计时，对整个系统可能发生的故障进行分析，得到系统的故障层次结构，利用这种层次结构进行故障诊断部分的设计。
（2）程序设计
系统故障结构的层次性为故障诊断提供了一个合理的层次模型。在进行系统的程序设计时，应充分考虑到故障结构的层次，合理安排逻辑流程。在引入故障输入点时应注意两点：
a. 将系统所有可能引起故障的检测点引入PLC，这主要是从系统的运行考虑，以便系统能及时进行故障处理;
b. 应在系统允许的条件下尽可能多的将底层的故障输入信息引入PLC的程序中，以便得到多的故障检测信息为系统的故障自诊断提供服务。
5.结束语
经过在线调试和工业试验运行阶段后，该控制系统已于2004年正式投入运行,运行以来，效果良好,实现了预定的控制功能要求，克服了继电器、接触器控制带来的局限，避免了原控制系统辅助元件多、故障率高、工作噪声大、控制方式单一、维护困难等问题。手动与自动切换方便，抗干扰能力强，适合钢厂生产线的恶劣的工作环境,且易于计算机通讯，实现网络监控。
本文作者点：将PLC和单片机结合，设计了用于轻轨精整钻、铣床设备的控制系统，并使之具有故障诊断和报警功能，系统结构简单，操作方便。
在数控机床中,通常用可编程控制器(PLC)对机床开关量信号进行控制。PLC性高,使用方便。但在大多数数控机床,特别是经济型数控机床中,要求的输入输出点数并不多,通常在60点以下,因此,为了降低数控机床成本,在基于工业PC机的数控系统中,可以采用开关量I/O板加外接继电器,配合主机的软件对机床开关进行控制。但如果PC机采用单任务操作系统(如DOS),数控系统的所有任务运行都置于一个总体的消息循环中,软件的模块化和可维护性较差,系统故障的风险相对集中,而且不能充分利用PC机系统资源。而采用非实时多任务操作系统(如bbbbbbs)时,Win32API的设计没有考虑到实时环境的开发用途,其系统调用的效率不高,不能满足数控系统PLC控制的实时性要求。
为此,本文提出一种基于RT-Linux操作系统的嵌入式PLC,利用RT-Linux的开放性、模块化和可扩展性的系统结构特性和多线程/多任务的系统环境,在保证实时性的同时,使故障风险相对分散。
数控系统嵌入式PLC的硬件结构
数控系统硬件建立在通用工业PC的开放体系之上,数控系统嵌入式PLC硬件包括:工控机及其外围设备,基于ISA总线的开关量输入输出接口卡,光电隔离模块,继电器输出模块。
工控机采用RedHatLinux810+RTLinux311操作系统,数控系统的人机界面、数控代码处理、轨迹规划、参数管理以及PLC控制都通过工控机由软件来实现,不需要立的PLC控制器,减少了数控系统对硬件的依赖,有利于提高系统的开放性。
I/O输入输出信息通过PC机I/O接口卡实现主机与伺服接口模块和I/O接口模块之间的信息交换,PC机I/O接口卡基于ISA或者PCI总线。
RT-Linux的体系结构
RT-Linux是基于Linux系统并可运行于多种硬件平台的32位硬实时操作系统(hardreal-timeoperatingsystem)。
它继承了MERT系统的设计思想,即以通用操作系统为基础,在同一操作系统中既提供严格意义上的实时服务,又提供所有的标准POSIX服务。RT-Linux源代码公开,易于修改,使系统成本降低,源代码的公开使数控系统的开发摆脱了对国外软件公司的依赖,有利于提高数控软件国产化程度。
RT-Linux是基于Linux并可运行于多种硬件平台的多实时操作系统。通过修改Linux内核的硬件层,采用中断技术,在内核和硬件之间实现了一个小而的实时内核,并在实时内核的基础上形成了小型的实时系统,而Linux内核仅作为实时系统级的任务运行。对于普通X86的硬件结构,RT-Linux拥有出色的实时性和稳定性,其大中断延迟时间不过15μs,大任务切换误差不过35μs。这些实时参数与系统负载无关,而取决于计算机的硬件,如在PII350,64M内存的普通PC机上,系统大延迟时间不过1μs。
实时域在设计上遵循实时操作系统的设计原则,即系统具有透明性、模块化和可扩展性。RT-Linux的实时内核由一个部分和多个可选部分组成,部分只负责高速中断处理,支持SMP操作且不会被底层同步或中断例程延迟或重入。其它功能则由可动态加载的模块扩充。RT-Linux把不影响系统实时性的操作(即非实时域的操作)都留给了非实时的Linux系统完成。基于多任务环境的Linux为软件开发提供了丰富的系统资源,如多种进程间通讯机制,灵活的内存管理机制。
嵌入式PLC的设计及实现
嵌入式PLC的模块组成
数控系统的PLC控制模块实时性要求较高,因而在系统的实时域内运行。根据通用数控系统的PLC控制以及数控系统软件模块化设计的要求,将数控系统的PLC控制模块作为RT-Linux系统的实时任务之一,其级和调用周期取决于数控系统各任务的实时性要求以及控制要求的响应时间。PLC控制模块主要完成数控系统的逻辑控制,而被控制的输入输出也就是I/O的输入输出由PC机I/O接口卡输入输出模块来完成,即完成数控系统的PLC控制需要两个RT-Linux实时任务,如图3所示,这两个任务分别为RT-Task1(以下称“适配卡输入输出”)、RT-Ta(以下称“PLC控制”)。
基于RT-Linux系统的嵌入式PLC实时任务关系图,其中适配卡输入输出主要是完成数控系统的输入输出,即各轴位置控制命令的输出、I/O的输出、I/O输入以及位置反馈输入,它实际上是数控系统控制卡的设备驱动模块,其级在数控系统的各实时任务中为。根据其硬件特征以及运动控制要求,其响应周期为100μs,响应时钟周期由PC机I/O接口卡上的硬件定时器产生。根据RT-Linux系统对硬件中断的响应机制,输入输出控制任务的实时性是可以保证的,这一点在我们的数控系统已经得到验证。
PLC控制主要是完成数控系统的PLC控制功能,其任务级适配卡输入输出,同时也数控系统的精插补实时任务和位置伺服实时任务。根据通用数控系统的PLC控制要求,确定其响应周期为5ms,响应周期由RT-Linux的软件定时器产生,根据RT-Linux系统的实时多任务调度机制,PLC控制任务的实时性是可以保证的。在实际应用中也得到验证。
嵌入式PLC的实时任务模块数据通讯
完成数控系统PLC控制的两个实时任务之间由于需要输入输出的数据量(一般情况下为64输入,64输出,但输入输出根据需要还可以扩展)不太大,因而采用共享内存的通讯方式,在适配卡输入输出和PLC控制
两个实时任务之间开两块共享内存,一块用于适配卡向PLC控制传输I/O口状态信息,另一块用于PLC控制向适配卡输入输出任务传输经PLC逻辑处理后的控制信息。
在这里,两个实时任务间不采用RT-FIFO进行通讯的原因在于这两个实时任务间通讯的数据量不是很大,而这两个实时任务运行周期差别较大,采用RT-FIFO传输数据,为了避免FIFO的阻塞,相应地要增加两个任务间的协调机制,这样的通讯效果未必比采用共享内存好,而且共享内存的读写速度比FIFO相对较快。
嵌入式PLC的实时任务的实现
适配卡输入输出为动态可加载模块,适配卡输入输出模块(任务)以100μs为周期的硬件定时中断,完成各轴位置控制指令和I/O的输出、各轴位置反馈值和I/O的输入,适配卡输出值来自于位置伺服任务和PLC控制任务,输入值来自于适配卡的输入接口。PLC控制模块(任务)同样也是一个动态可加载模块,它以5ms的软定时,周期性地从它与总控模块通讯的RT-FIFO读取控制信息(如M指令,S指令及T指令),同时从它与适配卡输入输出模块通讯的共享内存中读取I/O信息,然后进行逻辑处理,后将写入共享内存供适配卡输入输出模块读取并输出。
结论
目前该嵌入式PLC模块已成功应用于清华大学精仪系制造工程研究所THHP-III数控系统(基于RedHatLinux8.0+RTLinux3.1)中,该模块可以满足对普通数控系统和加工PLC控制要求。
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