原标题：基于VxWorks操作系统实现PLC控制系统的应用方案

基于VxWorks操作系统实现PLC控制系统的应用方案

引言

随着工业自动化技术的飞速发展，可编程逻辑控制器（PLC）作为工业自动化控制系统的核心部件，其性能、实时性和可靠性成为工业控制领域关注的重点。VxWorks作为一种高性能的嵌入式实时操作系统（RTOS），以其出色的实时性、稳定性和可扩展性，广泛应用于通信、航空、航天等高精尖技术领域。本文将详细探讨基于VxWorks操作系统实现PLC控制系统的应用方案，并详细介绍几种关键的主控芯片型号及其在设计方案中的作用。

VxWorks操作系统概述

VxWorks是美国Wind River公司开发的一款高性能嵌入式实时操作系统，以其良好的可靠性和卓越的实时性而闻名。该系统具有高度的模块化、可裁剪性和可扩展性，支持多种微处理器（如PowerPC、X86、ARM、SPARC等），提供丰富的网络协议和调试手段，使得开发者可以根据具体需求定制和优化系统。

主控芯片型号及其作用

1. MPC860处理器

型号说明：MPC860是摩托罗拉（现为恩智浦半导体）生产的一款基于PowerPC架构的嵌入式处理器，具有高性能和低功耗的特点。该处理器采用32位内部总线，支持8、16或32位的外设和存储器，并集成了系统接口单元（SIU）、通信处理模块（CPM）和快速以太网控制器（FEC）等关键模块。

在设计方案中的作用：

• 高性能数据处理：MPC860强大的处理器性能能够满足PLC系统对复杂控制算法和高速数据处理的需求。

• 实时通信能力：集成的通信处理模块（CPM）和快速以太网控制器（FEC）提供了强大的通信能力，支持Modbus、CAN、EIP等多种现场总线协议，满足PLC系统对实时通信的需求。

• 硬件集成度高：集成的系统接口单元（SIU）和内存控制器支持无缝连接多种外围设备，减少了系统复杂性和成本。

2. ARM9核芯片（如AT91RM9200）

型号说明：AT91RM9200是Atmel公司生产的一款基于ARM920T处理器的ARM9核芯片，集成了丰富的片上资源，包括16KB的内部SRAM、128KB的内部ROM存储器、可编程的外部总线接口（EBI）、多个PIO控制器和中断控制器等。

在设计方案中的作用：

• 灵活性高：ARM9架构的广泛应用使得AT91RM9200具有较高的可移植性和灵活性，适用于多种工业控制场景。

• 低功耗设计：该芯片采用低功耗设计，适合长时间运行的工业环境，减少能耗和维护成本。

• 丰富的接口资源：多个PIO控制器和中断控制器提供了丰富的接口资源，支持复杂的输入输出控制需求。

3. Intel x86处理器

型号说明：虽然本文未具体指定Intel x86处理器的具体型号，但x86架构处理器在工业控制领域也有广泛应用，其高性能和丰富的软硬件资源为PLC系统的实现提供了坚实基础。

在设计方案中的作用：

• 强大运算能力：x86处理器的强大运算能力能够满足PLC系统对复杂控制算法和高速数据处理的需求。

• 丰富的软件开发资源：基于x86架构的软件开发资源丰富，有利于降低开发难度和成本。

• 良好的兼容性：x86处理器广泛的市场接受度意味着更多的第三方软硬件支持，增强了系统的可扩展性和兼容性。

设计方案详述

1. 系统架构设计

基于VxWorks的PLC控制系统一般由开发系统和实时运行系统两部分组成。开发系统基于PC机，建立在Windows操作系统平台之上，提供PLC应用程序的编写、编译和调试环境。实时运行系统则负责完成系统配置、输入信号处理、循环调用PLC程序及控制信号输出等操作，并通过现场总线或TCP/IP协议与硬件层（I/O）实现通信。

2. BSP定制与移植

板级支持包（BSP）是VxWorks内核与底层硬件之间的软件接口，通过BSP可以实现操作系统对特定硬件平台的支持。在将VxWorks移植到主控芯片上时，需要根据芯片的硬件特性定制BSP。例如，在AT91RM9200上定制BSP时，需要修改Config.h等文件，定义引导行、修改地址以及配置相关硬件资源。

3. 通信与协议支持

基于VxWorks的PLC控制系统支持多种通信协议和现场总线，如Modbus、CAN、EIP等。这些协议和总线的支持使得PLC系统能够与其他控制系统和智能设备进行无缝连接，实现复杂控制网络的构建。

4. 实时性能优化

为了满足PLC系统对实时性的要求，在系统设计时需要对实时性能进行优化。例如，通过合理配置系统资源、优化任务调度算法、减少系统调用开销等方式来提高系统的实时响应能力。

5. 安全性与可靠性设计

在工业控制领域，安全性和可靠性是系统设计的重要考虑因素。基于VxWorks的PLC控制系统通过采用全智能I/O设计、模块冗余、电源冗余等技术手段来提高系统的安全性和可靠性。同时，通过严格的软件测试和质量控制流程来确保系统的稳定运行。

应用案例

以江苏金智科技股份有限公司推出的ECPro-600可编程主控装置为例，该装置采用高速嵌入式工业处理器及VxWorks实时多任务操作系统，实现了高性能、高可靠性和高灵活性的PLC控制。ECPro-600支持电源冗余、CPU冗余、以太网冗余和现场总线冗余等多种冗余方案，确保了系统的稳定运行。同时，该装置还提供了丰富的内置集成功能和开放的通信接口，能够满足不同应用场景的需求。

结论

基于VxWorks操作系统实现PLC控制系统是一种高效、可靠且灵活的设计方案。通过选择合适的主控芯片、定制BSP、优化实时性能以及设计合理的安全可靠性措施，可以构建出高性能、高可靠性和高灵活性的PLC控制系统。这种设计方案不仅提高了工业自动化控制的效率和准确性，还为未来的智能制造和工业互联网的发展提供了有力支持。