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在數(shù)控機床中,通常用可編程控制器(PLC)對機床開關量信號進行控制。PLC可靠性高,使用方便。但在大多數(shù)數(shù)控機床,特別是經(jīng)濟型數(shù)控機床中,要求的輸入輸出點數(shù)并不多,通常在60點以下,因此,為了降低數(shù)控機床成本,在基于工業(yè)PC機的數(shù)控系統(tǒng)中,可以采用開關量I/O板加外接繼電器,配合主機的軟件對機床開關進行控制。但如果PC機采用單任務操作系統(tǒng)(如DOS),數(shù)控系統(tǒng)的所有任務運行都置于一個總體的消息循環(huán)中,軟件的模塊化和可維護性較差,系統(tǒng)故障的風險相對集中,而且不能充分利用PC機系統(tǒng)資源。而采用非實時多任務操作系統(tǒng)(如Windows)時,Win32API的設計沒有考慮到實時環(huán)境的開發(fā)用途,其系統(tǒng)調(diào)用的效率不高,不能滿足數(shù)控系統(tǒng)PLC控制的實時性要求
RT-Linux的體系結(jié)構
RT-Linux是基于Linux系統(tǒng)并可運行于多種硬件平臺的32位硬實時操作系統(tǒng)(hardreal-timeoperatingsystem)。
它繼承了MERT系統(tǒng)的設計思想,即以通用操作系統(tǒng)為基礎,在同一操作系統(tǒng)中既提供嚴格意義上的實時服務,又提供所有的標準POSIX服務。RT-Linux源代碼公開,易于修改,使系統(tǒng)成本降低,源代碼的公開使數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)擺脫了對國外軟件公司的依賴,有利于提高數(shù)控軟件國產(chǎn)化程度。
RT-Linux是基于Linux并可運行于多種硬件平臺的多任務實時操作系統(tǒng)。通過修改Linux內(nèi)核的硬件層,采用中斷仿真技術,在內(nèi)核和硬件之間實現(xiàn)了一個小而高效的實時內(nèi)核,并在實時內(nèi)核的基礎上形成了小型的實時系統(tǒng),而Linux內(nèi)核僅作為實時系統(tǒng)最低優(yōu)先級的任務運行。對于普通X86的硬件結(jié)構,RT-Linux擁有出色的實時性和穩(wěn)定性,其最大中斷延遲時間不超過15μs,最大任務切換誤差不超過35μs。這些實時參數(shù)與系統(tǒng)負載無關,而取決于計算機的硬件,如在PII350,64M內(nèi)存的普通PC機上,系統(tǒng)最大延遲時間不超過1μs。
實時域在設計上遵循實時操作系統(tǒng)的設計原則,即系統(tǒng)具有透明性、模塊化和可擴展性。RT-Linux的實時內(nèi)核由一個核心部分和多個可選部分組成,核心部分只負責高速中斷處理,支持SMP操作且不會被底層同步或中斷例程延遲或重入。其它功能則由可動態(tài)加載的模塊擴充。RT-Linux把不影響系統(tǒng)實時性的操作(即非實時域的操作)都留給了非實時的Linux系統(tǒng)完成。基于多任務環(huán)境的Linux為軟件開發(fā)提供了豐富的系統(tǒng)資源,如多種進程間通訊機制,靈活的內(nèi)存管理機制。
數(shù)控系統(tǒng)的PLC控制模塊實時性要求較高,因而必須在系統(tǒng)的實時域內(nèi)運行。根據(jù)通用數(shù)控系統(tǒng)的PLC控制以及數(shù)控系統(tǒng)軟件模塊化設計的要求,將數(shù)控系統(tǒng)的PLC控制模塊作為RT-Linux系統(tǒng)的實時任務之一,其優(yōu)先級和調(diào)用周期取決于數(shù)控系統(tǒng)各任務的實時性要求以及控制要求的響應時間。PLC控制模塊主要完成數(shù)控系統(tǒng)的邏輯控制,而被控制的輸入輸出也就是I/O的輸入輸出由PC機I/O接口卡輸入輸出模塊來完成,即完成數(shù)控系統(tǒng)的PLC控制需要兩個RT-Linux實時任務.
可編程序控制器，英文稱Programmable Controller，簡稱PC。但由于PC容易和個人計算機（Personal Computer）混淆，故人們?nèi)粤晳T地用PLC作為可編程序控制器的縮寫。它是一個以微處理器為核心的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應用而設計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時/計數(shù)和算術運算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC是微機技術與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學；調(diào)試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應用于生產(chǎn)實踐
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