数控系统软PLC模块的研究与开发

    3.1.2系统管理模决

    系统管理模块是软PLC运行系统的核心，负责相关的全局数据的处理以及运行系统资源的管理，并对任务执行模块和I/O模块进行管理调度。在软PLC中，系统管理模块是一个利用RTX提供的定时器功能在RTSS环境中创建的定时器线程，定时周期为5ms。如图3所示，为系统管理模块的工作流程。

图3系统管理模块的流程图    图4软PLC运行系统工作流程图

    系统管理模块在每个周期的开始，先将计数器TimeCount++,处理运行系统内部相关数据。接着系统管理模块启动IO模块，并等待IO读写完毕。等IO读写结束后，系统管理模块就会启动高速任务执行块。如果TimeCount为4的整数倍(亦即每20ms)则还会启动普通任务执行模块。

    3.1.3 I/O模块

    I/O模块同样是软PLG中必不可少的一部分，主要负责输人输出的刷新以及与CNC之间的通信。I/O模块也是一个独立的普通线程，由系统管理模块调度，每5ms执行一次。I/O模块的工作内容主要有两部分。一方面I/O模块与CNC之间进行通信，读取来自CNC的输入并将相关输出传送给CNC。它们之间的通信主要通过RTX提供的共享内存来实现，在共享内存中定义了软PLC与CNC之间的数据接口，并且通过互斥体来保证数据访问的安全。另一方面，I/O模块对机床输入输出信号进行刷新，这主要通过IO板卡，以及串口通信等来实现。

    如图4所示，给出了设计中软PLC运行系统的工作流程。运行系统启动后，首先进行系统的初始化，申请数据存储区和程序存储区，并载人PLC用户程序。接着系统创建系统管理线程、任务执行线程和IO线程，建立软PLC的运行环境。之后，运行系统进入运行状态，系统管理线程调度执行其他线程，管理整个系统的运行，完成控制功能。最后等运行结束，系统注销个线程，释放资源，软PLC退出运行。

    3.2软PLC多任务系统的同步与通信

    软PLC运行系统的四个模块构成软PLC运行系统的任务系统，采用四个独立线程分别实现这些任务，并利用多线程技术实现多任务的并行处理。这种设计能够有效地利用系统资源，提高运行系统的性能但为了能够正常准确的完成控制功能，这些任务线程之间又需要同步和通信。如何使它们进行良好的交流与合作，是运行系统的设计中重要的一部分。

    在设计中，采用了RTX提供的线程优头级设定和IPC对象两种方式实现线程的同步与通信。四个任务线程设定的优先级为:系统管理模块因为负责各模块的调度执行拥有最高优先级(MAX)，因为需要及时获取外部输人以及对外输出，I/O模块被设定为第二优先级(MAX-1),高速任务执行模块(MAX-2)和普通任务执行模块(MAX-3)的优先级依次递减。在IPC对象进行线程的同步与通信方式中，主要用到了7个IPC对象，如表1所示。通过各线程的优先级以及线程之间的IPC对象，软PLC运行系统各个任务线程之间以及软PLC与CNC之间就可以有条不紊的运行，实现对数控机床的控制。

表1软PLC运行系统IPC对象