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工控機采用RedHatLinux810+RTLinux311操作系統,數控系統的人機界面、數控代碼處理、軌跡規劃、參數管理以及PLC控制都通過工控機由軟件來實現,不需要獨立的PLC控制器,減少了數控系統對硬件的依賴,有利于提高系統的開放性。
I/O輸入輸出信息通過PC機I/O接口卡實現主機與伺服接口模塊和I/O接口模塊之間的信息交換,PC機I/O接口卡
產品簡介
詳細介紹
西門子s7-1500CPU
RT-Linux的體系結構
RT-Linux是基于Linux系統并可運行于多種硬件平臺的32位硬實時操作系統(hardreal-timeoperatingsystem)。
它繼承了MERT系統的設計思想,即以通用操作系統為基礎,在同一操作系統中既提供嚴格意義上的實時服務,又提供所有的標準POSIX服務。RT-Linux源代碼公開,易于修改,使系統成本降低,源代碼的公開使數控系統的開發擺脫了對國外軟件公司的依賴,有利于提高數控軟件國產化程度。
RT-Linux是基于Linux并可運行于多種硬件平臺的多任務實時操作系統。通過修改Linux內核的硬件層,采用中斷仿真技術,在內核和硬件之間實現了一個小而高效的實時內核,并在實時內核的基礎上形成了小型的實時系統,而Linux內核僅作為實時系統優先級的任務運行。對于普通X86的硬件結構,RT-Linux擁有出色的實時性和穩定性,其中斷延遲時間不超過15μs,任務切換誤差不超過35μs。這些實時參數與系統負載無關,而取決于計算機的硬件,如在PII350,64M內存的普通PC機上,系統延遲時間不超過1μs。RT-Linux按實時性不同分為實時域和非實時域,其結構如圖2所示。
實時域在設計上遵循實時操作系統的設計原則,即系統具有透明性、模塊化和可擴展性。RT-Linux的實時內核由一個核心部分和多個可選部分組成,核心部分只負責高速中斷處理,支持SMP操作且不會被底層同步或中斷例程延遲或重入。其它功能則由可動態加載的模塊擴充。RT-Linux把不影響系統實時性的操作(即非實時域的操作)都留給了非實時的Linux系統完成。基于多任務環境的Linux為軟件開發提供了豐富的系統資源,如多種進程間通訊機制,靈活的內存管理機制。
嵌入式PLC的設計及實現
嵌入式PLC的模塊組成
數控系統的PLC控制模塊實時性要求較高,因而必須在系統的實時域內運行。根據通用數控系統的PLC控制以及數控系統軟件模塊化設計的要求,將數控系統的PLC控制模塊作為RT-Linux系統的實時任務之一,其優先級和調用周期取決于數控系統各任務的實時性要求以及控制要求的響應時間。PLC控制模塊主要完成數控系統的邏輯控制,而被控制的輸入輸出也就是I/O的輸入輸出由PC機I/O接口卡輸入輸出模塊來完成,即完成數控系統的PLC控制需要兩個RT-Linux實時任務,如圖3所示,這兩個任務分別為RT-Task1(以下稱“適配卡輸入輸出")、RT-Task2(以下稱“PLC控制")。
圖3是基于RT-Linux系統的嵌入式PLC實時任務關系圖,其中適配卡輸入輸出主要是完成數控系統的輸入輸出,即各軸位置控制命令的輸出、I/O的輸出、I/O輸入以及位置反饋輸入,它實際上是數控系統控制卡的設備驅動模塊,其優先級在數控系統的各實時任務中為。根據其硬件特征以及運動控制要求,其響應周期為100μs,響應時鐘周期由PC機I/O接口卡上的硬件定時器產生。根據RT-Linux系統對硬件中斷的響應機制,輸入輸出控制任務的實時性是可以保證的,這一點在我們的數控系統已經得到驗證。
西門子s7-1500CPU