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基于组态与PLC控制的实时操作系统研究

作　者: 陈杰
导　师: 包健
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 可编程控制器集散控制系统组态算法嵌入式实时专用操作系统内核任务调度
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

PLC(可编程控制器)与DCS(集散控制系统)是工业控制的两大重要支柱。随着计算机技术的不断发展和工业控制要求的不断提高,纯粹的PLC控制和DCS控制渐渐满足不了工业现代化的要求,于是涌现出新型的PLC控制系统和新型的DCS控制系统。新型的PLC控制系统具有简单的DCS控制功能,同样,新型的DCS控制系统也具有简单的PLC控制功能,两者呈现出交叉的发展趋势。因此,研究一种具有高性能、高质量的PLC与DCS协同控制工业现场的嵌入式计算机产品,对PLC技术与DCS技术的发展具有重要的意义和使用价值。本文通过对组态(组态属于DCS的一部分)与PLC控制系统进行深入分析与研究,针对组态任务和PLC控制任务的特点,为此量身定制了一款嵌入式实时专用操作系统(简称CASS-RTOS)。通过CASS-RTOS对组态任务与PLC控制任务进行调度管理,能很好地处理组态任务与PLC任务的协同工作,并将研究成果应用于实际项目。论文的主要工作及研究成果可概括如下:(1)在深入分析和研究DCS与PLC控制的特点及其发展的基础上,提出一种基于操作系统的内嵌组态控制算法的PLC控制系统的实现方法。(2)分析和研究了嵌入式操作系统的现状及其发展,讨论了几款流行嵌入式操作系统的优缺点,提出了一款支持组态与PLC控制的嵌入式实时专用操作系统。(3)针对组态与PLC控制系统应用对象的特征,讨论了CASS-RTOS的内核结构,提出了CASS-RTOS的体系结构和设计目标。(4)在分析和研究内存管理策略及其模型的基础上,提出了CASS-RTOS的内存管理方案。(5)分析了进程、线程与任务的概念及其特征,讨论了中断处理过程和中断处理方法,研究了任务同步与互斥的常用处理方法,提出了CASS-RTOS任务同步处理方案。(6)深入分析与讨论了CASS-RTOS的任务调度策略。首先分析了几种常用的任务调度策略,然后根据应用对象的特点,引出了CASS-RTOS的任务调度策略,即通过建立任务模型,基于双层裁剪技术,将系统任务裁剪分类,并开辟相应优先级线程进行调度管理,提出一种利用小线程实现微内核任务调度的方法。(7)基于CASS-RTOS的设计思想,实现了一款基于组态与PLC控制的嵌入式实时专用操作系统,并讨论了其应用领域和移植方法。为了对CASS-RTOS的功能和性能进行测试,作者在Cortex M3处理器上设计和实现了一款PLC内嵌组态算法生成平台,并设计了一个实验。实验利用PLC的快速逻辑任务和慢速逻辑任务,以及组态控制任务对四路同步电机进行控制,考察CASS-RTOS的功能实现情况。实验结果表明,CASS-RTOS内核具有较强的可移植性、体积小、稳定性高、实时性强。目前许多嵌入式操作系统已经非常完善,与它们相比,CASS-RTOS仅实现了操作系统的基本功能,在完善各项功能方面都还需要进一步的分析、研究和调试。如何进一步结合工业控制的要求,开发一个更为成熟的产品,则需要做更多、更深入的研究。本文的工作为特定领域的小型嵌入式实时专用操作系统进行了深入的研究,并对高性能PLC控制系统的研究进行了有益的探索和尝试。

基于组态与PLC控制的实时操作系统研究

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