嵌入式系统硬件平台的软件PLC实现方法

　　1 嵌入式软PLC的总体结构

　　嵌入式软PLC与嵌入式系统共享一个CPU，PLC和嵌入式系统之间没有多余的导线连接，增加了系统的可靠性，易于实现许多高级功能。PLC中的信息也能通过嵌入式系统的显示屏显示，通过嵌入式系统的编辑键可方便地对PLC进行编辑操作。

　　1.1 嵌入式软PLC的硬件结构

　　外部输入的开关量经过光电隔离后连接到FPGA的I/O口，通过FPGA地址译码，FPGA通过数据地址总线与CPU相连。这样CPU就可以通过数据地址总线获得和设置输入量的工作状态，硬件原理框图如图1所示。

　　1.2 嵌入式软PLC的软件结构

　　嵌入式软PLC程序包括两类：一类是编辑状态，实现PLC程序的输入和编译功能;另一类是面向生产过程的应用程序。系统软件结构由4部分组成，分别是编辑模块、编译模块、执行模块和监控模块。软件PLC系统模块间的数据流程如图2所示。

　　2 系统关键组成部分的设计与实现

　　2.1 梯形图编辑器

　　Qt/Embedded是著名的Qt库开发商Trolltech推出的面向嵌入式系统的Qt版本。Qt/Embedded具有可移植性强和支持跨平台开发等优点。本系统采用Qt编写界面，梯形图编辑器的界面如图3所示。

　　2.1.1 梯形图的数据结构设计

　　梯形图编辑具有方便、逻辑直观的特点，梯形图编辑器借助于梯形图的内部数据结构来实现显示、插入、删除、代码转化等功能。

　　PLC语言中，各种元素包括单个节点(如常开触点、常闭触点等)和逻辑块(如与逻辑块、或逻辑块)，它们都含有相同的操作，如插入、删除、绘图等。可以把组成梯级的各个逻辑块看成组成梯级的各个部分，把组成逻辑块的子逻辑块和单个节点看成是组成逻辑块的各个部分，符合“部分一整体”的层次结构。可以采用面向对象的设计思想，使用composite模式递归地创建树状结构。使用组合结构，能够把相同的操作应用在组合和个别的对象上。大多数情况下，可以忽略对象组合和个别对象之间的差别，简化程序代码，增强了软件的可维护性。采用composite模式的类图如图4所示。

　　图中：LadderElement是一个抽象类，为组合对象的接口。代表梯形图语言的任何一个图形元素，它既可以代表元件又可以代表逻辑块，在适当的情况下可以实现所有类共同的缺省行为，如绘图和代码转换等;LadderCell为所有元件类(如常开触点、常闭触点、输出、置位、复位)的基类;LadderBlock为所有逻辑块(如与逻辑块类、或逻辑块类等)的基类。

　　图5为一个梯级和它对应的数据结构，OrBlock为或逻辑块类的对象，AndBloek为与逻辑块类的对象，Rung为梯级类的对象。