摘 要：随着控制设备在工业领域的广泛应用，软PLC技术已经成为工业领域研究的热点，软PLC和传统的硬PLC相比，具有更强的数据处理能力，更加开放的体系结构和开放的体系结构。目前软PLC的研究主要是针对逻辑控制方面，现针对软PLC开放中的不足，主要介绍了软PLC与实时数据库通信接口的控制，通过软PLC与组态软件的通讯，扩展了软PLC的功能。
关键词：软PLC；组态软件；实时数据库；通讯接口
1 软PLC技术概述
所谓软PLC技术，就是利用嵌入式设备作为硬件支持平台，利用软件实现硬PLC的功能。随着控制设备在工业领域的广泛应用，软PLC技术已经成为工业领域研究的热点，软PLC和传统的硬PLC相比，具有更强的数据处理能力，更加开放的体系结构。软PLC技术作为一种新型的控制技术，集成了自动控制技术、计算机技术、网络通信技术和仪表技术等，已经成为开放式数控系统的发展趋势。
2 软PLC系统的总体设计
2.1 软PLC系统体系结构
本文研究的PLC系统建立在Windows NT平台上，通过软件的方法实现PLC的控制、编程、计算和存储等功能，通过物理设备实现数据的采集和信号的输出。软PLC系统又可分为开发系统和运行系统两部分，开发系统由编辑器、汇编器和仿真器组成，开发系统完成程序的编写、调试。运行系统是软PLC的核心部分，又包括通信接口、软PLC虚拟机和I/O接口模块三部分。当没有外部I/O设备时，可以通过运行虚拟机实现与模拟硬件设备的通信，通过在计算机上调试程序，极大缩短开发周期。
2.2 组态软件系统分析
本文以力控组态软件为例进行开发，力控组态软件由实时数据库、变量数据库和人机界面组成，其中实时数据库是组态软件中数据处理的核心，它负责数据的统计、存储、处理和报警处理等，所有上层功能通过调用实时数据库生成基础组态数据进行实现。变量数据库是编译环境的基本组成部分，运行的数据和内部控制变量都要在该部分完成。依靠人机界面很方便地把工业现场的情况实时以数据的形式在画面中显示，同时也可以把操作人员的指令传达到工业现场。
2.3 系统总体设计
随着监控组态软件可靠性的逐渐提高，提高软PLC的数据管理水平和监控组态软件的控制能力变得异常重要。本文通过研究软PLC和组态软件间的接口，实现对软PLC的扩展功能，实现具有管理层和监控层高级功能的软PLC系统，系统的体系结构如图1所示。
3 软PLC与实时数据库通信接口的控制
3.1 实时数据库简介
实时数据库是在动态环境下，显示监控对象的实时变化数据，它是监控组态软件管理的核心，也是最基本的资源。实时数据库最大的特征就是和时间相关，时间本身就是数据，实时数据库要采集时间数据，并且数据的值是随时间变化的。实时数据库的另外一个特征就是实时事务定时限制，由于数据随外部环境的变化而变化，因此，除去要保证数据库内部数据的正确性，还要保持数据和外部环境状态的一致性。
3.2 实时数据库接口模块的设计
实时数据库和传统数据库技术在功能、技术、原理和性能方面有很大的差异，实时数据库在处理事务时既要保证正确性又要保持一致性，因此，实时数据库的实现方法是软PLC和组态软件通信接口的难点。力控组态软件实时数据库是基于Active技术，通过DbComm实时数据库访问控件访问远程或本地数据。本文设计的软PLC通信接口的控制系统中，有关数据交换、消息响应、数据分析、数据统计、数据查询等功能都是通过DbComm控件提供的接口实现的，本文利用VC++开发软件实现力控监控组态软件和软PLC的数据库接口程序。
3.3 巡回扫描工作方式的实现
为了体现PLC控制系统对被控对象的控制按照逻辑关系实现的，本文设计的软PLC按巡回扫描方式工作，具体实现是利用Windows提供的定时器，在程序开始时，设定一个定时器，利用OnTime（）函数显示数据的输入、程序的执行和数据刷新。利用DbComm控件提供的OnDataChanged（）函数实现实时数据的输入输出。
3.4 软PLC数据的XML描述
为了实现软PLC运行系统中程序执行模块的功能，本文利用软PLC运行虚拟模块的方式实现对软PLC程序转换的功能，具体是采用XML作为标准数据描述规则。XML语言作为处理信息的工具和软件、硬件无关，具有很好的扩展性、开放性和易表意等优点，XML的语法结构非常简单，特别容易学习，XML的基本语法结构是：
（1）第一行为声明行，表示文档使用的版本。
（2）第二行是根元素的开始，元素是以<元素名称>为开始，并且每个文档只有一个根元素。
（3）元素名称的属性。
（4）所有元素的子元素。
3.5 将控制程序表示为XML文件
根据XML的基本语法结构，可以用XML描述梯形图，梯形图中元素的名称或标号用XML元素名表示，元件的参数或坐标描述为元素的属性。XML文件的生成用微软Xml Document类进行，具体的步骤为：
（1）访问或修改实体引用节点、元素节点等DOM特定的节点。
（2）除去检索元素节点中的文本外，还要检索所有的节点信息。
在生成XML文件时首先要确定梯形图元件之间的关系，其次再确定元件的属性。例如，首先访问根节点数据域，当是元件符号时，生成XML文件插入此元件的节点。如果是串联或并联等逻辑关系，则生成逻辑块。
3.6 基于XML的数据存储结构
由于XML文档具有强大的数据描述功能，对结构化、半结构化和非结构化数据都有很好的描述，因此，非常适合软PLC运行数据的处理。其它程序通过XML文档可以快捷、方便地得到软PLC实时的运行数据，这就为软PLC的功能扩展奠定了坚实的基础。基于XML的数据存储结构模型，要根据一定的映射关系，通过一定的算法将实时数据中的关系、元素、属性等生成XML文件中的字段，这样实时数据就能以XML文件的形式进行存储了，同时通过高级语言中具有的XML文件解析器还能将XML文件中的信息和内外部程序中的数据进行共享。
软PLC内置的数据管理模块能够实现简单数据的管理和查询等工作，复杂的数据管理工作可以通过大型数据库进行实现，例如将现场采集到的数据保存到数据库中，经过一定的周期采样后，通过离散计算再保存到XML文件中。因此，软PLC和各个扩展程序间通过XML文档进行数据管理，程序设计和操作系统都具有很高的透明性。
4 结束语
目前，我国大规模的硬PLC的制造和使用和发达国家相比还有一定的差距，因此开发适合我国工业控制需要的软PLC具有重要的现实意义。随着开发技术的逐渐成熟，软PLC将有更加广阔的发展空间。
参考文献
[1]陈雪，刘荫忠，杨东升.Linux环境下软PLC开发系统的设计与实现[J].组合机床与自动化加工技术，2010（11）.
[2]石锐，周雷，杨正益.软PLC梯形图到语句表转换新策略的研究[J].计算机工程与应用，2010（18）.
作者简介：刘威（1986-），男，籍贯：河南安阳，职称：助理工程师，学历：本科，主要研究方向：电气自动化。
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