一种支持梯形图功能块指令扩展的双核PLC系统

摘要

一种支持梯形图功能块指令扩展的双核PLC系统，在通用处理器内设置指令扩展模块、输入模块、指令解析模块和输出模块；梯形图专用处理器将当前梯形图功能块指令发送至通用处理器和指令扩展模块；指令扩展模块接收梯形图功能块指令，并对其进行扩展，将扩展后的指令发送至指令解析模块；用户通过通用处理器将当前梯形图功能块指令中功能块号对应功能需要的共享数据的寄存器地址、共享数据块的起始地址发送至指令扩展模块；梯形图专用处理器向输入模块发送至少一路电信号，输入模块将接收的电信号转换成控制信号；指令解析模块根据控制信号解析并执行接收的指令，调用通用处理器中相应的应用程序，将应用程序结果通过输出模块输入至梯形图专用处理器。

说明书

技术领域

本发明涉及一种支持梯形图功能块指令扩展的双核PLC系统，属于工业控 制专用处理器设计领域。

背景技术

PLC开发的基本单元包括基本元件和功能模块两种，基本单元用来表示开 关、线圈的状态，功能模块用来实现特定控制功能。由于国外进口的PLC产品 并不是面向航天测发控要求而设计，其功能模块设置主要是为了满足工业现场 应用，例如定时器控制、数据搬移、简单数据运算等功能。随着导弹/火箭测发 控系统被控设备功能复杂程度的增加，如针对模拟量的闭环控制、数字量的智 能控制、复杂算法控制等，传统基于基本指令的梯形图语言的程序设计已经无 法满足要求，必须对现有梯形图指令进行扩展，以满足复杂控制技术发展需求。

现有的航天导弹/火箭测发控系统中，为实现针对模拟量的闭环控制、数字 量的智能控制、复杂算法控制等控制功能，只能够通过另外一台中心计算机完 成，这极大地提高了系统的复杂性。

为满足导弹/火箭测发控系统集成化、小型化、国产化要求，采用SPARC V8 和梯形图专用处理器，使整个基于PLC控制器的测发控的核心电路在一个SOC 芯片内设计实现。梯形图专用处理器采用硬件实现了基本元件状态读写以及梯 形图拓扑结构解析与控制功能，与软件方式相比梯形图应用程序执行的速率大 幅度提升，但是目前的SOC芯片不具备复杂控制能力，同样需要另外一台中 心计算机完成这些复杂控制指令的解析与执行功能。由于SOC芯片集成了 SPARC V8通用处理器，具备了复杂控制运算的能力，通过对梯形图专用处理 器的梯形图指令进行扩展，将能够在PLC内部实现复杂控制指令的解析与执行 功能，大大降低系统的复杂性。由于梯形图专用处理器为16位处理器，其指 令空间有限，无法满足复杂控制要求，因此需要在保证原有指令兼容的基础上 对指令进行扩展。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现在技术的不足，提供一种支持梯形图功 能块指令扩展的双核PLC系统，该系统能够解决现有双核系统指令空间有限的 问题，通过对指令扩展，满足复杂控制要求。

本发明的技术解决方案是：一种支持梯形图功能块指令扩展的双核PLC系 统，包括梯形图专用处理器和通用处理器；在通用处理器内部设置指令扩展模 块、输入模块、指令解析模块和输出模块；

梯形图专用处理器将当前梯形图功能块指令发送至通用处理器和指令扩展 模块；所述的梯形图功能块指令包括功能块头、指令字大小和功能块号；

指令扩展模块接收梯形图专用处理器输入的梯形图功能块指令，并对其进 行扩展，即在接收的指令内增加扩展指令，将扩展后的指令发送至指令解析模 块；所述的扩展指令包括功能块常量、功能块寄存器、功能块指针；功能块常 量用于存储当前功能块号对应功能的初始值，功能块寄存器用于存储各个梯形 图功能块指令间共享数据的寄存器地址；功能块指针用于存储各个梯形图功能 块指令间共享数据块的起始地址；

用户通过通用处理器将当前梯形图功能块指令中功能块号对应功能需要的 共享数据的寄存器地址、共享数据块的起始地址发送至指令扩展模块；

梯形图专用处理器向输入模块发送至少一路电信号，输入模块将接收的电 信号转换成控制信号，将控制信号发送至指令解析模块；

指令解析模块根据控制信号解析并执行接收的指令，根据指令调用通用处 理器中相应的应用程序，将应用程序结果通过输出模块输入至梯形图专用处理 器。

所述的指令解析模块解析指令的实现步骤如下：

（1）解析指令中的功能块头，根据功能块头确定当前指令是否为功能块指 令，若不是，则忽略该指令，等待下一次解析；否则转步骤（2）；

（2）解析指令字大小，根据指令字大小读取指令字大小对应的所有扩展指 令，根据扩展指令中的共享数据的寄存器地址从通用处理器中读取共享数据， 根据共享数据块的起始地址从通用处理器中读取数据块，数据块的大小由起始 地址对应的数据决定；

（3）解析功能块号，根据功能块号从通用处理器中调用对应的功能块应用 程序，将步骤（2）中读取的所有数据作为所述应用程序的输入，执行该应用程 序，得到的结果送至输出模块。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明通过设计功能块扩展指令， 在兼容原有双核系统指令基础上，增加了梯形图功能块扩展指令，在保持PLC 梯形图专用处理器位宽不变的情况通过增加处理复杂控制功能的模块，增强了 PLC系统的功能，能够简化导弹/火箭测发控系统的复杂性，提高整个系统的可 靠性。

附图说明

图1为原测发控系统复杂控制功能实现流程；

图2为本发明指令扩展实施框图

图3为两管脚功能块与三管脚梯形图功能块示意图；

图4为高电平触发与上升沿触发方式对比示意图；

图5为典型梯形图复杂控制功能示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做详细说明。如图1所示，传统测发控系 统通过PLC和中心计算机两台设备实现复杂控制功能，PLC设备完成基本开 关指令、线圈指令的解析，中心计算机根据系统开关和线圈状态进行复杂判断 功能，并驱动PLC设备相应的开关和线圈。本发明如图2所示，通过对现有的 双核PLC系统指令进行扩展，通过增加PLC梯形图功能块扩展指令，通过PLC 一台设备能够实现导弹/火箭测发控系统复杂控制功能。

本发明系统组成如图2所示，在通用处理器内部设置指令扩展模块、扩展 指令解析模块、输入模块和输出模块；扩展梯形图专用处理器处理复杂控制指 令的能力。

1.扩展指令定义

梯形图功能块指令定义如下表所示，D15到D0从高到底表示16位梯形图 专用处理器的指令，对于功能块指令，D15～D12的值为1110，表示该指令为 功能块指令，1110就是功能块指令的头。D11到D9表示指令字大小，包括梯 形图指令和梯形图扩展指令共有几条指令。D7～D0表示功能块号，表示0～255 个功能块的编号，即最大支持256个功能块。D8为扩展位。

梯形图扩展指令定义如下表所示，包括功能块常量、功能块寄存器、功能 块指针；功能块常量用于存储当前功能块号对应功能的初始值，其指令的 D15～D14位为00，表明该指令为功能块常量，D13～D0对应的值表示常量值。 功能块寄存器用于存储各个梯形图功能块指令间共享数据的寄存器地址， D15～D14位为01，表明该指令为功能块寄存器，其地址通过D13～D0计算。 功能块指针用于存储各个梯形图功能块指令间共享数据块的起始地址， D15～D12为1000，表明该指令为功能块指针，通过D11～D0表示数据块的起 始地址。

2.扩展指令解析方式

如图2所示，双核PLC系统包括通用处理器、梯形图专用处理器、输入模 块、指令扩展模块、扩展指令解析模块和输出模块共6部分，扩展指令解析主 要分为以下几步：

1）梯形图专用处理器将梯形图功能块指令发送至通用处理器和指令扩展模 块；所述的梯形图功能块指令包括功能块头、指令字大小和功能块号；

2）指令扩展模块接收梯形图专用处理器输入的梯形图功能块指令，并对其 进行扩展，即在接收的指令内增加扩展指令；所述的扩展指令包括功能块常量、 功能块寄存器、功能块指针；功能块常量用于存储当前功能块号对应功能的初 始值，功能块寄存器用于存储各个梯形图功能块指令间共享数据的寄存器地址； 功能块指针用于存储各个梯形图功能块指令间共享数据块的起始地址；

3）指令扩展模块接收通用处理器发送的当前梯形图功能块指令中共享数据 的寄存器地址、共享数据块的起始地址发送至指令扩展模块，完成对扩展指令 的初始化，并将扩展后的指令发送至指令解析模块；

4）PLC梯形图处理器向输入模块发送至少一路电信号，输入模块将接收 的电信号转换成控制信号，将控制信号发送至指令解析模块。电信号的数量取 决于功能块在梯形图中的管脚数，例如两管脚功能块与三管脚梯形图功能块的 示意图如图3所示。两管脚功能块接收两路电信号，三管脚功能块接收三路电 信号。每一路电信号能够转换为对应一路控制信号。电信号转换为控制信号的 有高电平方式和上升沿触发两种方式，其功能块示意图如图4所示。对于高电 平方式，输入模块接收到该路电信号为1时，控制信号输出为1，否则输出为 0。对于上升沿触发方式，输入电信号由0到1变换时，控制信号输出为1，否 则输出为0。

5）指令解析模块根据控制信号解析并执行接收的指令，根据指令调用通用 处理器中相应的应用程序，将应用程序结果通过输出模块输入至PLC梯形图处 理器。对于控制信号来说，一般第一个输入管脚的控制信号默认为启动信号， 第二个输入管脚的控制型号默认为复位信号，其余为用户自定义信号。当启动 信号为1时，启动指令解析和执行功能；当复位信号为1时，将所有寄存器的 值复位到初始状态。当用户自定义信号为1时，根据不同功能块定义完成相应 的控制功能。

6）指令解析模块解析指令的实现步骤如下：

（1）解析指令中的功能块头，根据功能块头确定当前指令是否为功能块指 令，若不是，则忽略该指令，等待下一次解析；否则转步骤（2）；

（2）解析指令字大小，根据指令字大小读取指令字大小对应的所有扩展指 令，根据扩展指令中的共享数据的寄存器地址从通用处理器中读取共享数据， 根据共享数据块的起始地址从通用处理器中读取数据块，数据块的大小由起始 地址对应的数据决定；

（3）解析功能块号，根据功能块号从通用处理器中调用对应的功能块应用 程序，将步骤（2）中读取的所有数据作为所述应用程序的输入，执行该应用程 序，得到的结果送至输出模块。

3.测发控系统延时测试时序功能块指令扩展示例

如图5所示，该梯形图为一个延时控制继电器导通测试的例子。图中所示 功能块为一个0.01秒定时器功能块，其定时器的初始值设置为10，也就是一 个100ms的定时器。当开始测试的开关为导通状态时，定时器启动，从10开 始递减计数，当计数到0时，导通转电继电器，从而实现了一个100ms延时导 通的功能。

根据第2节所述，延时控制继电器导通测试包括以下几步：

1）梯形图专用处理器将梯形图功能块指令0xE603发送至通用处理器和指 令扩展模块；

0xE603的二进制形式为0x1110011000000011，从梯形图功能块指令定 义可以看出，功能块头（1110）、指令字大小（011，也就是3）和功能块号（11）；

2）指令扩展模块接收梯形图专用处理器输入的梯形图功能块指令，并对其 进行扩展，由于指令字大小为3，因此需要再扩展2条指令。指令扩展模块读 取功能块后面紧接的两条扩展指令，0x48E7和0x000A。根据功能块扩展指令 定义可以看出，第一条指令为功能块寄存器，第二条指令为功能块常量。功能 块寄存器的地址为0x8E7，功能块常量对应的值为0xA（也就是10）。

3）指令扩展模块根据地址0x8E7计算共享数据的寄存器地址，完成对扩 展指令的初始化，并将扩展后的指令发送至指令解析模块；

4）PLC梯形图处理器向输入模块发送2路电信号，输入模块将接收的电 信号转换成控制信号，将控制信号发送至指令解析模块。两个管脚控制信号为 高电平方式。对于高电平方式，输入模块接收到该路电信号为1时，控制信号 输出为1，否则输出为0。

5）指令解析模块根据控制信号解析并执行接收的指令，根据指令调用通用 处理器中定时器对应的应用程序，将应用程序结果通过输出模块输入至PLC梯 形图处理器。当第一个管脚控制信号为1时，启动定时器，否则定时器停止工 作。当第二个管脚信号为1时，复位定时器，将初始值0xA赋值给0x8E7地 址对应的寄存器。

6）指令解析模块解析指令的实现步骤如下：

（1）解析指令中的功能块头，根据功能块头（是否为0xE）确定当前指令 是否为功能块指令，若不是，则忽略该指令，等待下一次解析；否则转步骤（2）；

（2）解析指令字大小（0x3），根据指令字大小读取指令字大小对应的所 有扩展指令，根据扩展指令中的共享数据的寄存器地址从通用处理器中读取共 享数据；

（3）解析功能块号（0x3，对应的是0.01s定时器），根据功能块号从通 用处理器中调用定时器的应用程序，将步骤（2）中读取的所有数据作为所述应 用程序的输入，执行该应用程序，得到的结果送至输出模块（转电继电器）。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。