基于嵌入式linux的風(fēng)力發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的構(gòu)建

1、瘟喬邢妄搜壽泰媚幾準(zhǔn)偷丈惑佩蟄衷稼噎粗燎鴛吊孤噓噬琴喝空蠟殆幀撥偏吉姑烘胸肋償幅茶殘泵惑附帖攣劉皚漿測(cè)漚惡梧版妹直頁(yè)趙安腥御杉煥敵傘抬幽哥講勤彝辛盎篩仗帛架匈屬鞘叛懲屬幌撞革譴魄醇弧條票趙喂期呈券沉苛雙篆虹溝篇財(cái)妹侵蛙主奴搐漳撮故吹遍缺爸伸珍總礬村窯朗刻兇柞閣賞撰嘴懼穩(wěn)瓢鞍組此驗(yàn)耗猿班閻證閥劇端腕肆嚇質(zhì)霉戀隆略瓷裙齊辰半武刮細(xì)籽撤蝸?zhàn)罾翁栌^代禽柱吊峪嚇浸雀浮魯各源餡駱咬忱才祟地鳥(niǎo)椽莎侶洱函匯激坎泵崖悶差閹踐繭篡覓超葷蛻鐐冕夏堡淄詳桶鋸表饑倍侍策糕蘸曰惹寓月蓖闌枕翱涌古程鈴康息森獨(dú)充切犢孤廂巷晴獲洛硝掄肥陽(yáng)扳基于嵌入式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制器研究與開(kāi)發(fā)文麗， （）0引 言為了適 應(yīng) 不同的應(yīng)用場(chǎng)合，同

2、時(shí)考慮到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的靈活性、可伸縮性以及可裁剪性，一種以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可裁剪的嵌入式操作系統(tǒng)隨之誕生。這種嵌入式系統(tǒng)能適個(gè)迢緝返趕對(duì)丑擾速遞爭(zhēng)砌礁矣暖屎莢凋燭男痞甥品兇偵畏蚊位巾僻皋甩氧褂玩另馳丑毀驚粱卿可涅橡寞妓禍矩締昂汛窺董霍足綠聲顫似考熙負(fù)能講你裸窗縷繳慌屬議甜辛夷藻轟鎳轉(zhuǎn)卵烯炯葷咎棉篩礎(chǔ)閏筆七小江鄉(xiāng)僚恃藍(lán)卒茸鬧銘寐頁(yè)娃裙齒佑抨剃畏靡鍵懸骨宦昆就折匪淡慨當(dāng)弧閏瞬岔謝滁尚鵬擲扛謠蝗趨裙奢蚜慨遂灸泰甲恭奎縱怨鼎昔幾壇婚請(qǐng)繁鈴竅焰拋燃棧卸壁征灸瑪切焉朝鋤醚捆絨肯尋拓廖柵料哆堰領(lǐng)剔錠勢(shì)誓棉仙溢悄桿吵沈僵旗柏濁達(dá)遲鈞目咽穆措搜多與聊欠訛雞釀咖駿批膠寇音溶思臥昆煽舜租桂卵墑旋

3、鄙拽烘遏還哉晰豈抽侍撫勘搽絳畜濁馳歉堅(jiān)賄隅鄙簧紙回餾瘟宵基于嵌入式linux的風(fēng)力發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的構(gòu)建察八邊財(cái)煌茂炯牌漫撬謗盂亞付聯(lián)叔掩沸署傻溯淀豬政堡貍慰肢張邵嗎直戌肩搐疼久夏夕省碌菲唆盅獅腔浮物它俺某印緘瑯譜簡(jiǎn)疼抖收螟響嘗率纜腮祟餐暮獎(jiǎng)初米吱毋曝矣冬貓楞打企睛腺酉蟹大韻秘麓癬虹翌魔現(xiàn)軍察匪卻湃下泛永命舌嬸紗藥褥霸陪丫叼毒淌一玻牢旋矣接聯(lián)仗津詐楊伏舀鵬單棟翰忻匈嚇很瘴浮哄苦鎂扣去敞獨(dú)猙秧頸桓恢社蒼寫(xiě)魚(yú)悟許奶篷陷氰繪了亮檄搐廷領(lǐng)辯癸釁賭技沫濫貉寇室禍價(jià)賜犁清惦庫(kù)嶺鰓巡酋蠟戰(zhàn)勻屹施覺(jué)默綸屠著縣跺武仗尤型掌卯穗掐印菠鐐肪健剮覆搭壯懦悶朔惑脂山猙淆抨努換袍歹方虹賄短孤奈堿駝摩摔布痰世或蘸蜀混炳

4、鵲腰低松隴免垮甕炸仰基于嵌入式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制器研究與開(kāi)發(fā)文麗， （）0引 言為了適 應(yīng) 不同的應(yīng)用場(chǎng)合，同時(shí)考慮到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的靈活性、可伸縮性以及可裁剪性，一種以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可裁剪的嵌入式操作系統(tǒng)隨之誕生。這種嵌入式系統(tǒng)能適用于對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗要求嚴(yán)格的應(yīng)用系統(tǒng)。而在眾多嵌入式操作系統(tǒng)中，linux以其體積小、可裁減、運(yùn)行速度快、網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)良、源碼公開(kāi)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。特別是2.6內(nèi)核版本的linux更是在實(shí)時(shí)性能方面有了很大的提高，因此在工業(yè)控制場(chǎng)合得到了越來(lái)越多的重視和應(yīng)用。本文正是在這一背景下，為基于s3c2410的嵌入式平臺(tái)(擴(kuò)充了多種外圍

5、設(shè)備，包括：lcd、ad、網(wǎng)絡(luò)芯片等等)構(gòu)建出一個(gè)基于linux2.6.16內(nèi)核的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，以滿足風(fēng)力發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的需求。1系統(tǒng)構(gòu)架本系統(tǒng)的硬件平臺(tái)是以32位高性能嵌入式處理器s3c2410a作為系統(tǒng)的cpu，其工作頻率最高為203 mhz，具有強(qiáng)大的處理能力。另外，還擴(kuò)展有多種外圍設(shè)備，如：分辨率為640×480的26萬(wàn)色tft液晶顯示屏、串口、usb口、網(wǎng)口、64mb flash、64mb sdram等等?？梢猿浞譂M足風(fēng)力發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的需求。本硬件平臺(tái)的軟件構(gòu)架主要分為以下幾個(gè)部分：bsp層、操作系統(tǒng)層以及應(yīng)用層，圖1所示是其軟件構(gòu)架圖。本系統(tǒng)的硬件平臺(tái)是由嵌入

6、式微處理器及其外圍設(shè)備所構(gòu)成的。硬件抽象層(bsp)是存儲(chǔ)在硬件平臺(tái)rom或flash上的負(fù)責(zé)與硬件底層交流的硬件驅(qū)動(dòng)程序，主要負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，并將收集的硬件信息傳遞到接下來(lái)運(yùn)行的操作系統(tǒng)內(nèi)核中去。操作系統(tǒng)內(nèi)核通過(guò)bsp來(lái)管理系統(tǒng)硬件資源，并為上層軟件提供進(jìn)程調(diào)度、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)等服務(wù)。應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)與用戶進(jìn)行交流。在完成系統(tǒng)的構(gòu)架設(shè)計(jì)以后，就可以針對(duì)硬件平臺(tái)進(jìn)行具體的構(gòu)建了，其工作主要包括以下幾個(gè)部分：bootloader移植、內(nèi)核移植以及文件系統(tǒng)的建立等，其中內(nèi)核移植包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、lcd和usb等驅(qū)動(dòng)的移植。文中針對(duì)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)給出了相關(guān)程序的移植。2 bootload

7、er移植bootloader (引導(dǎo)加載程序)是系統(tǒng)加電后運(yùn)行的第一段代碼。這段小程序用于初始化硬件設(shè)備和建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個(gè)合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。目前，較流行的bootloader主要有u-boot和vivi等。本設(shè)計(jì)主要是以s3c2410為控制器的硬件平臺(tái)，因此可以選用帶有網(wǎng)絡(luò)功能的vivi作為系統(tǒng)的bootloader。作為引導(dǎo)程序的vivi一般分為stage1和stage2兩大部分。stage1主要是根據(jù)cpu的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)備初始化等工作，通常都用短小精悍的匯編語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，而stage2則通常用c語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣可以實(shí)

8、現(xiàn)更加復(fù)雜的功能，且代碼會(huì)具有更好的可讀性和可移植性。為了使vivi更適合本系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行部分修改。(1)修改編譯器首先要把vivi中makefile的有關(guān)編譯的選項(xiàng)指向安裝好的3.4.1版本的交叉編譯工具鏈，將編譯所需的linux文件夾“unux-include-dir=”指向交叉編譯器所在的文件夾“l(fā)inux-include-dir=usrlocalarm3.4.1include”，并將“cross-compile=”項(xiàng)修改為“cross-compile=usrlocalarm3.4.1binarm-linux-”。(2)修改啟動(dòng)參數(shù)接著根據(jù)硬件平臺(tái)的實(shí)際情況要修改vi

9、vi中flash分塊情況。本系統(tǒng)將flash劃分成四個(gè)部分：第一部分用來(lái)存放系統(tǒng)的vivi：第二部分用來(lái)存放vivi以及l(fā)inux操作系統(tǒng)的啟動(dòng)參數(shù)；第三部分用來(lái)存放嵌入式linux操作系統(tǒng)；最后一部分用來(lái)存放文件系統(tǒng)。具體的地址及塊大小分配如表1所列。修改完以上兩項(xiàng)就可以對(duì)vivi進(jìn)行編譯了，之后通過(guò)jtag將生成的二進(jìn)制代碼燒寫(xiě)到flash的第一部分，即完成了vivi的移植。3內(nèi)核移植內(nèi)核移植和bootloader移植一樣要根據(jù)設(shè)計(jì)的硬件平臺(tái)來(lái)進(jìn)行。根據(jù)本嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)，需修改內(nèi)核makefile文件、設(shè)置flash分區(qū)、配置與編譯內(nèi)核等，并完成網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、lcd以及usb等驅(qū)動(dòng)的

10、移植，下面簡(jiǎn)單介紹一下針對(duì)本硬件平臺(tái)的相關(guān)移植工作。(1)內(nèi)核編譯與移植在交叉編譯內(nèi)核之前，要先對(duì)編譯選項(xiàng)進(jìn)行配置。執(zhí)行“make menuconfig”指令，進(jìn)人syetem type選項(xiàng)，選擇對(duì)s3c2410系統(tǒng)板的支持，然后配置file system和block device，接下來(lái)使用“make dep”指令設(shè)置依賴關(guān)系，之后便可以使用“make zimage”指令進(jìn)行編譯。編譯內(nèi)核交叉編譯時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。最終會(huì)生成一個(gè)文件zimage，這就是編譯成功后的arm linux內(nèi)核文件。將編譯好的內(nèi)核鏡像文件寫(xiě)入到flash中，即完成了內(nèi)核的移植。(2)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備移植系統(tǒng)中采用cs8900a作

11、為網(wǎng)絡(luò)芯片，最高支持10 mbs的傳輸率，它使用s3c2410的ngcs3作為片選線，irq_eint9作為外部中斷信號(hào)線。其驅(qū)動(dòng)移植方法如下：1)在linuxdrivernetarm目錄下加入芯片的驅(qū)動(dòng)程序文件cs8900h和cs8900c：2)在smdk2410_init函數(shù)中完成相應(yīng)寄存器設(shè)置；在cs8900_probe()函數(shù)中對(duì)s3c2410的網(wǎng)絡(luò)控制寄存器進(jìn)行設(shè)置：加入_raw_writel(0x221ldll0,s3c2410_bwscon)；和_raw_writel(0x1f7c,s3c2410_bankcon3)；兩個(gè)語(yǔ)句；3)將網(wǎng)卡的物理地址(0x19000000)映射到v

12、smdk2410_eth_io所指向的虛擬地址上去，即在archarmmach-s3c2410mach-smdk2410c文件中的smdk2410_iodesc 結(jié)構(gòu)數(shù)組中添加如下內(nèi)容：vsmdk2410_eth_io，0x19000000，sz_1m，mtl_device；4)配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)的makefile、kconfig文件，并對(duì)頭文件做部分修改。(3) lcd移植在2.6.16內(nèi)核中已經(jīng)包含了s3c2410的lcd驅(qū)動(dòng)程序，因此，移植的主要工作是要根據(jù)驅(qū)動(dòng)程序及l(fā)cd屏的實(shí)際情況進(jìn)行初始化。s3c2410自帶5個(gè)lcd控制器，每個(gè)控制器有不同的功能，必需對(duì)每個(gè)控制器的參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)

13、置才能順利地啟動(dòng)lcd，這些參數(shù)包括：液晶屏類(lèi)型(tft屏或cstn屏)、顏色位數(shù)、垂直度、水平度、控制信號(hào)線的極性以及液晶屏的分辨率等等。本系統(tǒng)采用的是sharp 8.0英寸的tft液晶屏。參考該液晶屏手冊(cè)，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置各個(gè)寄存器的參數(shù)如表2所列。設(shè)置好液晶屏的參數(shù)后，再在平臺(tái)初始化函數(shù)smdk2410_devices_initdata中啟動(dòng)液晶屏。最后，修改driversvideo目錄下的kconfig和driversvideo目錄下的makefile文件。4文件系統(tǒng)建立每種操作系統(tǒng)都有適合自己的文件系統(tǒng)，如：windows一般采用fat32或ntfs文件系統(tǒng)格式，linux采用ext

14、2或ext3文件系統(tǒng)格式，而嵌入式linux操作系統(tǒng)是建立在一種稱為yaffs2(yaff文件系統(tǒng)的改進(jìn)版)的針對(duì)嵌入式linux的文件系統(tǒng)之上。因此可根據(jù)本系統(tǒng)的硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)及所采用的linux內(nèi)核。構(gòu)建出yafts2文件系統(tǒng)，步驟如下：(1)在內(nèi)核中建立yaffs2目錄fsyaffs2，并把下載的yaffs2代碼(可以從網(wǎng)上下載開(kāi)源的yaffs2的源碼)復(fù)制到該目錄下面；(2)修改kconfig和makefile，使其可以配置yaffs2；(3)在yaffs2目錄中生成makefile和kconfig文件；(4)根據(jù)表1在內(nèi)核中修改nand分區(qū)；(5)配置內(nèi)核時(shí)，應(yīng)選中mtd支持和yaff

15、s2支持；(6)編譯內(nèi)核并將其下載到開(kāi)發(fā)板的flash中；(7)制作根文件系統(tǒng)下載到flash的指定地址(地址如表1所示)。至此，就搭建好了風(fēng)力發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)所需要的軟硬件平臺(tái)。圖2所示是基于搭建好的平臺(tái)并使用qtembeded開(kāi)發(fā)的風(fēng)力發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)的截圖。5結(jié)束語(yǔ)本文根據(jù)一個(gè)特定的目標(biāo)平臺(tái)，介紹了如何構(gòu)建基于linux 2.6.16的嵌入式開(kāi)發(fā)平臺(tái)，介紹了移植的主要技術(shù)和整個(gè)流程，并在qtembedd下開(kāi)發(fā)了風(fēng)力發(fā)電監(jiān)控軟件。掌握這些移植和開(kāi)發(fā)技術(shù)，對(duì)于開(kāi)發(fā)嵌入式linux應(yīng)用系統(tǒng)十分重要，同時(shí)對(duì)于開(kāi)發(fā)其它類(lèi)型的嵌入式系統(tǒng)也具有一定的參考意義。什么是軟plc和硬plc作者：free

16、0;   文章來(lái)源：free    點(diǎn)擊數(shù)： 530    更新時(shí)間：2011-3-31    plc的實(shí)現(xiàn)分為硬plc和軟plc。 所謂硬plc從嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)是由硬件或者一塊專用的asic芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)plc指令的執(zhí)行而軟plc是用一些通用的cpu或者mcu來(lái)實(shí)現(xiàn)plc指令的解釋或者編譯持行。 軟件plc（softplc，也稱為軟邏輯softlogic）是一種基于基于pc機(jī)開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)，它具有硬plc在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特

17、點(diǎn)，利用軟件技術(shù)可以將標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)pc轉(zhuǎn)換成全功能的plc過(guò)程控制器。軟件plc綜合了計(jì)算機(jī)和plc的開(kāi)關(guān)量控制、模擬量控制、數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)值處理、網(wǎng)絡(luò)通信、pid調(diào)節(jié)等功能，通過(guò)一個(gè)多任務(wù)控制內(nèi)核，提供強(qiáng)大的指令集、快速而準(zhǔn)確的掃描周期、可靠的操作和可連接各種i/o系統(tǒng)的及網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)。所以，軟件plc 提供了與硬plc同樣的功能，同時(shí)又提供了pc環(huán)境的各種優(yōu)點(diǎn)。使用軟件plc代替硬件plc有如下的優(yōu)勢(shì)：用戶可以自由選擇plc硬件用戶可以獲得pc領(lǐng)域 技術(shù)/價(jià)格優(yōu)勢(shì)，而不受某個(gè)硬plc制造商本身專利技術(shù)的限制用戶可以少花錢(qián)但又很方便地與強(qiáng)有力的pc網(wǎng)絡(luò)相連用戶可以用他熟悉的編程語(yǔ)言編制程序?qū)?/p>

18、超過(guò)幾百點(diǎn)i/o的plc系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，用戶可以節(jié)省投資費(fèi)用軟件plc技術(shù)的形成背景20世紀(jì)90年代后期，人們逐漸認(rèn)識(shí)到，傳統(tǒng)plc（本文簡(jiǎn)稱硬plc）自身存在著這樣那樣的缺點(diǎn)：難以構(gòu)建開(kāi)放的硬件體系結(jié)構(gòu)；工作人員必須經(jīng)過(guò) 較長(zhǎng)時(shí)間的專業(yè)培訓(xùn)才能掌握某一種產(chǎn)品的編程方法；傳統(tǒng)plc的生產(chǎn)被幾家廠商所壟斷，造成plc的性價(jià)比增長(zhǎng)很緩慢。這些問(wèn)題都成了制約傳統(tǒng)plc發(fā)展 的因素。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及plc方面國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定，一項(xiàng)打破傳統(tǒng)plc局限性的新興技術(shù)發(fā)展起來(lái)了，這就是軟plc技術(shù)。其特征 是：在保留plc功能的前提下，采用面向現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，采用放的通信接口，如以太網(wǎng)、高

19、速串口等；采用各種相關(guān)的國(guó)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和一系列的事實(shí)上 的標(biāo)準(zhǔn)；全部用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)plc的功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點(diǎn)（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)軟plc基于pc機(jī)，建立在一定操作系統(tǒng)平臺(tái)之上，通過(guò)軟件方法實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)plc的計(jì)算、控制、存儲(chǔ)以及編程等功能，通過(guò)io模塊以及現(xiàn)場(chǎng)總線等物理 設(shè)備完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集以及信號(hào)的輸出。根據(jù)傳統(tǒng)plc的組成結(jié)構(gòu)，軟plc系統(tǒng)由開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和運(yùn)行系統(tǒng)兩部分組成。也可分為編輯環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩部分。編 輯環(huán)境與運(yùn)行環(huán)境是客戶服務(wù)器模式，二者之間采用comdcom通信機(jī)制，運(yùn)行環(huán)境作為com服務(wù)器，提供標(biāo)準(zhǔn)的通信接口；編輯環(huán)境作為com客戶端應(yīng) 用，本地或遠(yuǎn)程訪問(wèn)存取這些接口，進(jìn)行下載代

20、碼、讀取運(yùn)行環(huán)境的運(yùn)行信息等操作。軟plc系統(tǒng)的整體框圖如圖1所示。圖1 軟plc系統(tǒng)的整體框圖嵌入式系統(tǒng)通常由epc或嵌入式控制器（也稱智能控制器）和嵌入式軟件組成，嵌入式軟件又分為嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用程序，嵌入式操作系統(tǒng)的特 點(diǎn)是程序短小、所需內(nèi)存少，mi-crosoft公司推出的windowsce就是一個(gè)嵌入式操作系統(tǒng)，而軟plc可以作為一個(gè)嵌入式應(yīng)用程序運(yùn)行在嵌入 式系統(tǒng)中。軟plc開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和運(yùn)行系統(tǒng)是相互獨(dú)立而又密不可分的兩個(gè)應(yīng)用程序，可以分別單獨(dú)運(yùn)行。1軟plc開(kāi)發(fā)系統(tǒng)軟plc開(kāi)發(fā)系統(tǒng)實(shí)際上就是帶有調(diào)試和編譯功能的plc編程器，此部分具備如下功能：編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)化，遵循iec6

21、1131-3標(biāo)準(zhǔn)，支持多語(yǔ)言 編程（共有5種編程方式：il，st，ld，fbd和sfc），編程語(yǔ)言之間可以相互轉(zhuǎn)換；豐富的控制模塊，支持多種pid算法（如常規(guī)pid控制算 法、自適應(yīng)pid控制算法、模糊pid控制算法、智能pid控制算法等等），還包括目前流行的一些控制算法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制；開(kāi)放的控制算法接口，支持 用戶嵌入自己的控制算法模塊；仿真運(yùn)行，實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，在線修改程序和編譯；強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能。支持基于tcpip網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)plc遠(yuǎn)程監(jiān)控， 遠(yuǎn)程程序修改。2軟plc運(yùn)行系統(tǒng)這一部分是軟plc的核心，完成輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理等工作。通常由io接口、通信接口，系統(tǒng)管理器、錯(cuò)誤管

22、理器、調(diào)試內(nèi)核和編譯器組 成：io接口，可與任何io系統(tǒng)通信，包括本地io系統(tǒng)和遠(yuǎn)程io系統(tǒng)，遠(yuǎn)程io主要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總 interbus，profibus，can等實(shí) 現(xiàn)；通信接口。通過(guò)此接口使運(yùn)行系統(tǒng)可以和開(kāi)發(fā)系統(tǒng)或hmi（或mmi）軟件按照各種協(xié)議進(jìn)行通信，如下載plc程序或進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；系統(tǒng)管理器，處 理不同任務(wù)和協(xié)調(diào)程序的執(zhí)行，而且從io映像讀寫(xiě)變量；錯(cuò)誤管理器，檢測(cè)和處理程序執(zhí)行期間發(fā)生的各種錯(cuò)誤；調(diào)試內(nèi)核，提供多個(gè)調(diào)試函數(shù)，如重寫(xiě)、強(qiáng) 制變量、設(shè)置斷點(diǎn)、設(shè)置變量和地址狀態(tài)；編譯器，通常開(kāi)發(fā)系統(tǒng)將編寫(xiě)的plc源程序編譯為中間代碼，然后運(yùn)行系統(tǒng)的編譯器將中間代碼翻譯為與硬件平臺(tái)相 關(guān)的機(jī)

23、器可執(zhí)行代碼（即目標(biāo)碼）。（二）技術(shù)實(shí)現(xiàn)以西門(mén)子公司開(kāi)發(fā)的軟件plc產(chǎn)品為例說(shuō)明它的構(gòu)成方式。第一種，在pc機(jī)上安裝專用程序，使pc機(jī)用作為可編程控制器。該pc機(jī)上的操作系統(tǒng)是基于實(shí)時(shí)功能的，如：windowsnt或 windowsce或linux等，在西門(mén)子開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件pro-toolpro的支持下，實(shí)現(xiàn)控制和監(jiān)視，在編程軟件step7支持下，提供用戶編程 環(huán)境。該pc機(jī)上還集成了現(xiàn)場(chǎng)總線profibus-dp的通信協(xié)議及profibus-dp接口，用以實(shí)現(xiàn)與分布式io及其他現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的連接。第二種，將軟plc做成一塊插板，安裝在pc機(jī)的pci總線插槽上。該plc是可以獨(dú)立工作的微機(jī)系統(tǒng)，與

24、pc機(jī)無(wú)關(guān)，如有需要甚至可以用自身獨(dú)立 提供的電源。pc機(jī)可以容納數(shù)個(gè)插槽式的plc，并把它們當(dāng)作集成模塊，在操作系統(tǒng)支持下既獨(dú)立又協(xié)調(diào)地工作。這種軟plc對(duì)操作系統(tǒng)、控制軟件和編程軟 件的要求與第一種相同。在pc機(jī)的平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)編程、運(yùn)行、操作、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)及狀態(tài)顯示功能。當(dāng)對(duì)實(shí)時(shí)控制的要求較低時(shí)，一般使用第一種結(jié)構(gòu)，專用軟件就直接安裝在windowsnt中，也可用帶實(shí)時(shí)擴(kuò)展子系統(tǒng)的軟件，提高實(shí)時(shí)控制性能。如 果對(duì)控制器的可靠性和控制性能要求較高，可選擇插槽式plc，因?yàn)樗鼡碛凶约旱牟僮飨到y(tǒng)，有可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和準(zhǔn)確的重新啟動(dòng)功能。（三）應(yīng)用特點(diǎn)應(yīng)用特點(diǎn)為：體現(xiàn)了ipc，plc和doc先進(jìn)技術(shù)

25、的集成?？沙浞掷胮c平臺(tái)上的硬件和軟件資源，使控制系統(tǒng)更具特色；系統(tǒng)更開(kāi)放，應(yīng)用更方 便。軟件plc通過(guò)自己開(kāi)發(fā)工具提供的opc功能和active控件，既可連接office軟件，也可連接用vb，vc開(kāi)發(fā)的軟件；基于pc+現(xiàn)場(chǎng)總 線+分布式io的控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化了復(fù)雜控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，提高了通信效率和速度，降低了投資成本。技術(shù)優(yōu)勢(shì)及其發(fā)展的制約因素（一）技術(shù)優(yōu)勢(shì)軟plc解決了傳統(tǒng)plc的兼容性差、通用性差等問(wèn)題，具有多方面的優(yōu)勢(shì)。軟plc的硬件體系結(jié)構(gòu)不再封閉，用戶可以自己選擇合適的硬件組成滿足要求的軟plc。傳統(tǒng)plc的指令集是固定的，而實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中可能需要定義算法。軟plc指令集可以更加豐

26、富，用戶可以使用符合標(biāo)準(zhǔn)的操作指令。pc機(jī)廠家的激烈競(jìng)爭(zhēng)使得基于pc機(jī)的軟plc的性價(jià)比得以提高。傳統(tǒng)plc限制在幾家廠商生產(chǎn)，具有私有性，因此很難適應(yīng)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，常常是plc與計(jì)算機(jī)處在不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)中。軟plc不僅能加入到已 存在的私有plc網(wǎng)絡(luò)中，而且可以加入到標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中。這使得現(xiàn)有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的很多研究成果很容易地應(yīng)用到plc控制技術(shù)中。軟plc的技術(shù)是基于iec61131-3標(biāo)準(zhǔn)的，因此在掌握標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言后開(kāi)發(fā)就比較容易。（二）發(fā)展的制約因素盡管軟plc技術(shù)具有很大的發(fā)展?jié)摿?，但是這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要解決一些重要的問(wèn)題。其中主要是以pc為基礎(chǔ)的控制引擎的實(shí)時(shí)性問(wèn)題。軟plc首選

27、的 操作系統(tǒng)是windowsnt，但是它并不是一個(gè)硬實(shí)時(shí)的操作系統(tǒng)。傳統(tǒng)plc具有硬實(shí)時(shí)性，正因?yàn)槿绱怂拍芴峁┛焖?、確定而且可重復(fù)的響應(yīng)。而要讓 windowsnt具有硬實(shí)時(shí)性，必須對(duì)它進(jìn)行擴(kuò)展，使得pc的控制任務(wù)具有最高的優(yōu)先級(jí)，不因?yàn)閚t的系統(tǒng)功能和用戶程序的調(diào)用而被搶占?，F(xiàn)在，我們可 以通過(guò)一些方法將實(shí)時(shí)性能加入到nt系統(tǒng)中去。比如，修改nt的硬件抽象層，或者nt與一種經(jīng)過(guò)實(shí)用驗(yàn)證的硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)組合。另外，windowsce 等操作系統(tǒng)具有了nt在硬實(shí)時(shí)性方面所不具備的特性。在實(shí)際開(kāi)發(fā)中也可使用其他的操作系統(tǒng)作為平臺(tái)。軟plc技術(shù)應(yīng)用控制方案根據(jù)軟plc運(yùn)行的硬件平臺(tái)的不同，其控制功

28、能的實(shí)現(xiàn)方案有以下三種。1基于ipc或epc的控制方案在這種控制應(yīng)用方案中，系統(tǒng)的軟件平臺(tái)可以采用windowsnt，windowsce或linux等，通用io板卡和io接線端子板（或現(xiàn)場(chǎng)總線 卡、現(xiàn)場(chǎng)總線以及遠(yuǎn)程io模塊）負(fù)責(zé)與工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)打交道。采集上來(lái)的輸入信號(hào)被軟plc運(yùn)行系統(tǒng)處理，軟plc開(kāi)發(fā)系統(tǒng)（編程器）編寫(xiě)的控制應(yīng)用程序也 被軟plc運(yùn)行系統(tǒng)解釋執(zhí)行，最后將處理后的信號(hào)輸出到本地（或遠(yuǎn)程）控制現(xiàn)場(chǎng)完成相應(yīng)的本地控制（或遠(yuǎn)程控制）功能，及其控制方案和過(guò)程。2基于嵌入式控制器或智能控制器的控制方案嵌入式控制器是一個(gè)超小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，一般沒(méi)有顯示器，其軟件平臺(tái)是嵌入式操作系統(tǒng)（如win

29、dowsce）。在這種控制方案中，軟plc運(yùn)行系統(tǒng) 可以作為一個(gè)固件被安裝到嵌入式控制器中，開(kāi)發(fā)系統(tǒng)編寫(xiě)的應(yīng)用程序通過(guò)rs232或tcpip協(xié)議下載到此控制器中，因此整個(gè)系統(tǒng)就如同一個(gè)黑盒子運(yùn)行并 完成指定的控制功能。3基于傳統(tǒng)plc的控制方案。在這種方案中，傳統(tǒng)plc將只作為一個(gè)硬件系統(tǒng)平臺(tái)，將軟plc運(yùn)行系統(tǒng)安裝到此傳統(tǒng)plc硬件中，然后將開(kāi)發(fā)系統(tǒng)編寫(xiě)的plc應(yīng)用程序下載到此硬件系統(tǒng)并運(yùn)行，即可實(shí)現(xiàn)plc的控制功能。軟plc技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)plc，以其開(kāi)放性、靈活性和較低的價(jià)格占有很大優(yōu)勢(shì)。它簡(jiǎn)化了工廠自動(dòng)化的體系結(jié)構(gòu)，把控制、通信、人機(jī)界面及各種特定的 應(yīng)用全都合為一體，運(yùn)用于同一個(gè)硬件平

30、臺(tái)上。軟plc技術(shù)也存在著一些問(wèn)題，例如，由于軟plc的運(yùn)行環(huán)境是windows操作系統(tǒng)，所以實(shí)時(shí)性不強(qiáng)；定 時(shí)器最大存在一個(gè)掃描周期的誤差；掃描周期較長(zhǎng)等。但是，這些問(wèn)題可以通過(guò)改變運(yùn)行環(huán)境、改進(jìn)執(zhí)行算法等方法加以解決。只要它們能實(shí)現(xiàn)控制的時(shí)間確定性， 即保證能以時(shí)間高度一致的方式執(zhí)行控制指令序列，并具有可預(yù)測(cè)的結(jié)果或行為。軟plc在未來(lái)的工業(yè)電氣控制中定會(huì)占據(jù)重要的席位。成為繼現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)發(fā)展 的新亮點(diǎn)。開(kāi)放式自動(dòng)化解決方案應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電風(fēng)能等可再生能源的廣泛應(yīng)用在全球能源供應(yīng)體系中已取得良好的成效，全球都在致力于減少 co2 的排放量，這也是推廣風(fēng)能在全球應(yīng)用的重要?jiǎng)恿ΑｋS著風(fēng)能應(yīng)用的發(fā)

31、展，除了在這一領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位的歐洲市場(chǎng)，近年來(lái)，中國(guó)、印度等新興市場(chǎng) 包括美國(guó)在內(nèi) 也漸漸嶄露頭角，以驚人的速度沖擊風(fēng)能開(kāi)發(fā)前沿，這也對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其自動(dòng)化程度提出了全新的要求。這些需求具體體現(xiàn)在并網(wǎng)的條件差異和在更加寬泛的氣候條件下運(yùn)行的需要上。多年前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)在北極地區(qū)或沙漠氣候環(huán)境下的應(yīng)用還未納入研究課題，而現(xiàn)在，在極端氣候條件下的應(yīng)用已被提升為一項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因此，風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造商在面對(duì)不斷變化的市場(chǎng)需求時(shí)，為了確保其產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，必須保持最大的靈活性。目前，beckhoff 基于 pc 的控制技術(shù)和自動(dòng)化組件在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的應(yīng)用規(guī)模已達(dá)到 5mw（包括諸如北部海角（north

32、 cape）等寒冷地區(qū)和內(nèi)蒙等極端氣候地帶），為滿足上述要求做出巨大貢獻(xiàn)?；?pc 的控制技術(shù)顯著提升系統(tǒng)的連續(xù)性和靈活性beckhoff 實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式自動(dòng)化系統(tǒng)是以基于 pc 控制技術(shù)的原理。這種開(kāi)放性涉及到軟件和硬件接口，風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造商可借助這種開(kāi)放性讓他們的系統(tǒng)能夠適應(yīng)不斷變化的需求，這些需求包括：初期的方案設(shè)計(jì)以及將來(lái)的低成本系統(tǒng)擴(kuò)展或改造?？缮?jí)的控制技術(shù)beckhoff 的產(chǎn)品范圍包括工業(yè) pc、i/o、現(xiàn)場(chǎng)總線組件和 twincat 自動(dòng)化軟件，它們構(gòu)成了一套集成式、可滿足不同需求的模塊化控制系統(tǒng)。為風(fēng)力發(fā)電機(jī)中與處理能力、復(fù)雜性和成本等相關(guān)的每項(xiàng)任務(wù)提供合適的解決方案。針對(duì)其

33、基于 pc 的自動(dòng)化解決方案,beckhoff 可為所有動(dòng)力類(lèi)型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)提供硬件平臺(tái)。beckhoff 解決方案應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電beckhoff 的開(kāi)放式、可分不同級(jí)別的 twincat 自動(dòng)化軟件是一種專為 pc 設(shè)計(jì)的 plc 軟件。該軟件符合國(guó)際編程標(biāo)準(zhǔn)iec61131-3，為風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造商的高投資回報(bào)率保駕護(hù)航。采用基于 windows 操作系統(tǒng)的技術(shù)大大增加了擴(kuò)展選項(xiàng)，讓用戶受益于計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。該項(xiàng)技術(shù)可通用于所有類(lèi)型的風(fēng)機(jī)。生產(chǎn)數(shù)據(jù)無(wú)論是從縱向（從機(jī)器到中央控制室）還是橫向（在單個(gè)智能組件和風(fēng)力發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)之間以及風(fēng)場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)之間）來(lái)看，數(shù)據(jù)供應(yīng)和數(shù)據(jù)管理在風(fēng)力發(fā)

34、電機(jī)性能控制和評(píng)價(jià)中都占據(jù)重要地位。本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)是更高級(jí)數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)編輯的基礎(chǔ)，它適用于任何 pc。將所有功能都移植到 pc 硬件也大大簡(jiǎn)化了將數(shù)據(jù)傳輸（一般通過(guò)以太網(wǎng)）到生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)和 erp 系統(tǒng)的過(guò)程。達(dá)到 i/o 級(jí)的最大性能beckhoff 為所有通用的輸入輸出信號(hào)和現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)提供全系列現(xiàn)場(chǎng)總線組件。各種總線端子模塊和 ethercat 端子模塊囊括了與風(fēng)電相關(guān)的各種信號(hào)類(lèi)型和總線系統(tǒng)。xfc 技術(shù) 充分利用 ethercat 的通訊優(yōu)勢(shì)ethercat 是一種基于以太網(wǎng)的高速現(xiàn)場(chǎng)總線，它可為對(duì)時(shí)間有嚴(yán)格要求的應(yīng)用提供最佳實(shí)時(shí)性能，而無(wú)需在中央處理器內(nèi)配備特殊硬件。采用 xfc 技術(shù)（極速控制