原標題：基于VxWorks操作系統實現PLC控制系統的應用方案

基于VxWorks操作系統實現PLC控制系統的應用方案

引言

隨著工業自動化技術的飛速發展，可編程邏輯控制器（PLC）作為工業自動化控制系統的核心部件，其性能、實時性和可靠性成為工業控制領域關注的重點。VxWorks作為一種高性能的嵌入式實時操作系統（RTOS），以其出色的實時性、穩定性和可擴展性，廣泛應用于通信、航空、航天等高精尖技術領域。本文將詳細探討基于VxWorks操作系統實現PLC控制系統的應用方案，并詳細介紹幾種關鍵的主控芯片型號及其在設計方案中的作用。

VxWorks操作系統概述

VxWorks是美國Wind River公司開發的一款高性能嵌入式實時操作系統，以其良好的可靠性和卓越的實時性而聞名。該系統具有高度的模塊化、可裁剪性和可擴展性，支持多種微處理器（如PowerPC、X86、ARM、SPARC等），提供豐富的網絡協議和調試手段，使得開發者可以根據具體需求定制和優化系統。

主控芯片型號及其作用

1. MPC860處理器

型號說明：MPC860是摩托羅拉（現為恩智浦半導體）生產的一款基于PowerPC架構的嵌入式處理器，具有高性能和低功耗的特點。該處理器采用32位內部總線，支持8、16或32位的外設和存儲器，并集成了系統接口單元（SIU）、通信處理模塊（CPM）和快速以太網控制器（FEC）等關鍵模塊。

在設計方案中的作用：

• 高性能數據處理：MPC860強大的處理器性能能夠滿足PLC系統對復雜控制算法和高速數據處理的需求。

• 實時通信能力：集成的通信處理模塊（CPM）和快速以太網控制器（FEC）提供了強大的通信能力，支持Modbus、CAN、EIP等多種現場總線協議，滿足PLC系統對實時通信的需求。

• 硬件集成度高：集成的系統接口單元（SIU）和內存控制器支持無縫連接多種外圍設備，減少了系統復雜性和成本。

2. ARM9核芯片（如AT91RM9200）

型號說明：AT91RM9200是Atmel公司生產的一款基于ARM920T處理器的ARM9核芯片，集成了豐富的片上資源，包括16KB的內部SRAM、128KB的內部ROM存儲器、可編程的外部總線接口（EBI）、多個PIO控制器和中斷控制器等。

在設計方案中的作用：

• 靈活性高：ARM9架構的廣泛應用使得AT91RM9200具有較高的可移植性和靈活性，適用于多種工業控制場景。

• 低功耗設計：該芯片采用低功耗設計，適合長時間運行的工業環境，減少能耗和維護成本。

• 豐富的接口資源：多個PIO控制器和中斷控制器提供了豐富的接口資源，支持復雜的輸入輸出控制需求。

3. Intel x86處理器

型號說明：雖然本文未具體指定Intel x86處理器的具體型號，但x86架構處理器在工業控制領域也有廣泛應用，其高性能和豐富的軟硬件資源為PLC系統的實現提供了堅實基礎。

在設計方案中的作用：

• 強大運算能力：x86處理器的強大運算能力能夠滿足PLC系統對復雜控制算法和高速數據處理的需求。

• 豐富的軟件開發資源：基于x86架構的軟件開發資源豐富，有利于降低開發難度和成本。

• 良好的兼容性：x86處理器廣泛的市場接受度意味著更多的第三方軟硬件支持，增強了系統的可擴展性和兼容性。

設計方案詳述

1. 系統架構設計

基于VxWorks的PLC控制系統一般由開發系統和實時運行系統兩部分組成。開發系統基于PC機，建立在Windows操作系統平臺之上，提供PLC應用程序的編寫、編譯和調試環境。實時運行系統則負責完成系統配置、輸入信號處理、循環調用PLC程序及控制信號輸出等操作，并通過現場總線或TCP/IP協議與硬件層（I/O）實現通信。

2. BSP定制與移植

板級支持包（BSP）是VxWorks內核與底層硬件之間的軟件接口，通過BSP可以實現操作系統對特定硬件平臺的支持。在將VxWorks移植到主控芯片上時，需要根據芯片的硬件特性定制BSP。例如，在AT91RM9200上定制BSP時，需要修改Config.h等文件，定義引導行、修改地址以及配置相關硬件資源。

3. 通信與協議支持

基于VxWorks的PLC控制系統支持多種通信協議和現場總線，如Modbus、CAN、EIP等。這些協議和總線的支持使得PLC系統能夠與其他控制系統和智能設備進行無縫連接，實現復雜控制網絡的構建。

4. 實時性能優化

為了滿足PLC系統對實時性的要求，在系統設計時需要對實時性能進行優化。例如，通過合理配置系統資源、優化任務調度算法、減少系統調用開銷等方式來提高系統的實時響應能力。

5. 安全性與可靠性設計

在工業控制領域，安全性和可靠性是系統設計的重要考慮因素?；赩xWorks的PLC控制系統通過采用全智能I/O設計、模塊冗余、電源冗余等技術手段來提高系統的安全性和可靠性。同時，通過嚴格的軟件測試和質量控制流程來確保系統的穩定運行。

應用案例

以江蘇金智科技股份有限公司推出的ECPro-600可編程主控裝置為例，該裝置采用高速嵌入式工業處理器及VxWorks實時多任務操作系統，實現了高性能、高可靠性和高靈活性的PLC控制。ECPro-600支持電源冗余、CPU冗余、以太網冗余和現場總線冗余等多種冗余方案，確保了系統的穩定運行。同時，該裝置還提供了豐富的內置集成功能和開放的通信接口，能夠滿足不同應用場景的需求。

結論

基于VxWorks操作系統實現PLC控制系統是一種高效、可靠且靈活的設計方案。通過選擇合適的主控芯片、定制BSP、優化實時性能以及設計合理的安全可靠性措施，可以構建出高性能、高可靠性和高靈活性的PLC控制系統。這種設計方案不僅提高了工業自動化控制的效率和準確性，還為未來的智能制造和工業互聯網的發展提供了有力支持。