基于組態(tài)與PLC控制的實時操作系統(tǒng)研究.pdf

1、PLC(可編程控制器)與DCS(集散控制系統(tǒng))是工業(yè)控制的兩大重要支柱。隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和工業(yè)控制要求的不斷提高，純粹的PLC控制和DCS控制漸漸滿足不了工業(yè)現(xiàn)代化的要求，于是涌現(xiàn)出新型的PLC控制系統(tǒng)和新型的DCS控制系統(tǒng)。新型的PLC控制系統(tǒng)具有簡單的DCS控制功能，同樣，新型的DCS控制系統(tǒng)也具有簡單的PLC控制功能，兩者呈現(xiàn)出交叉的發(fā)展趨勢。因此，研究一種具有高性能、高質(zhì)量的PLC與DCS協(xié)同控制工業(yè)現(xiàn)場的嵌入式計算機(jī)產(chǎn)

2、品，對PLC技術(shù)與DCS技術(shù)的發(fā)展具有重要的意義和使用價值。
　　 本文通過對組態(tài)(組態(tài)屬于DCS的一部分)與PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行深入分析與研究，針對組態(tài)任務(wù)和PLC控制任務(wù)的特點，為此量身定制了一款嵌入式實時專用操作系統(tǒng)(簡稱CASS-RTOS)。通過CASS-RTOS對組態(tài)任務(wù)與PLC控制任務(wù)進(jìn)行調(diào)度管理，能很好地處理組態(tài)任務(wù)與PLC任務(wù)的協(xié)同工作，并將研究成果應(yīng)用于實際項目。論文的主要工作及研究成果可概括如下：
　　

3、 (1)在深入分析和研究DCS與PLC控制的特點及其發(fā)展的基礎(chǔ)上，提出一種基于操作系統(tǒng)的內(nèi)嵌組態(tài)控制算法的PLC控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。
　　 (2)分析和研究了嵌入式操作系統(tǒng)的現(xiàn)狀及其發(fā)展，討論了幾款流行嵌入式操作系統(tǒng)的優(yōu)缺點，提出了一款支持組態(tài)與PLC控制的嵌入式實時專用操作系統(tǒng)。
　　 (3)針對組態(tài)與PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用對象的特征，討論了CASS-RTOS的內(nèi)核結(jié)構(gòu)，提出了CASS-RTOS的體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計目標(biāo)。

4、>　　 (4)在分析和研究內(nèi)存管理策略及其模型的基礎(chǔ)上，提出了CASS-RTOS的內(nèi)存管理方案。
　　 (5)分析了進(jìn)程、線程與任務(wù)的概念及其特征，討論了中斷處理過程和中斷處理方法，研究了任務(wù)同步與互斥的常用處理方法，提出了CASS-RTOS任務(wù)同步處理方案。
　　 (6)深入分析與討論了CASS-RTOS的任務(wù)調(diào)度策略。首先分析了幾種常用的任務(wù)調(diào)度策略，然后根據(jù)應(yīng)用對象的特點，引出了CASS-RTOS的任務(wù)調(diào)度策略，

5、即通過建立任務(wù)模型，基于雙層裁剪技術(shù)，將系統(tǒng)任務(wù)裁剪分類，并開辟相應(yīng)優(yōu)先級線程進(jìn)行調(diào)度管理，提出一種利用小線程實現(xiàn)微內(nèi)核任務(wù)調(diào)度的方法。
　　 (7)基于CASS-RTOS的設(shè)計思想，實現(xiàn)了一款基于組態(tài)與PLC控制的嵌入式實時專用操作系統(tǒng)，并討論了其應(yīng)用領(lǐng)域和移植方法。
　　 為了對CASS-RTOS的功能和性能進(jìn)行測試，在Cortex M3處理器上設(shè)計和實現(xiàn)了一款PLC內(nèi)嵌組態(tài)算法生成平臺，并設(shè)計了一個實驗。實驗利用P

6、LC的快速邏輯任務(wù)和慢速邏輯任務(wù)，以及組態(tài)控制任務(wù)對四路同步電機(jī)進(jìn)行控制，考察CASS-RTOS的功能實現(xiàn)情況。實驗結(jié)果表明，CASS-RTOS內(nèi)核具有較強的可移植性、體積小、穩(wěn)定性高、實時性強。
　　 目前許多嵌入式操作系統(tǒng)已經(jīng)非常完善，與它們相比，CASS-RTOS僅實現(xiàn)了操作系統(tǒng)的基本功能，在完善各項功能方面都還需要進(jìn)一步的分析、研究和調(diào)試。如何進(jìn)一步結(jié)合工業(yè)控制的要求，開發(fā)一個更為成熟的產(chǎn)品，則需要做更多、更深入的研究。