浅谈基于CNC 的软PLC 虚拟机中元件库的研究论文
0 引言
数控是用数字信息对机械运动和自动化加工过程进行控制的技术，是现代国家制造业信息化水平和国际竞争能力的象征，已有50 多年的发展历史。如今，随着市场竞争日趋激烈，被加工零件的精益求精及微型计算机的迅猛发展，软PLC 发展成为进一步提高数控技术、实现数控系统开放化的重要手段。软PLC 能够充分利用工业控制计算机( IPC) 或嵌入式计算机( EPC) 的硬件和软件资源，改变传统硬件PLC繁琐、呆板的缺点，全部用软件灵活地来实现数控功能。
1 软PLC 虚拟机系统
在数控机床运行过程中，PLC 是机床本体与数控装置之间的桥梁。它根据CNC 内部标志以及机床的各控制开关、检测元件、运行部件的状态，按照程序设定的控制逻辑，完成对刀库运动、换刀机构、冷却液等的控制功能。
1. 1 软PLC
软PLC 采取基于虚拟机的解决方案，分为开发系统和运行系统两部分。开发系统实际上就是编程器，完成调试和编译工作。运行系统是软PLC 的核心，完成输入处理、程序执行、输出处理等工作。
1. 2 软PLC 虚拟机
软PLC 虚拟机是相对我们平常所用的实际的计算机而言的一个概念，它是一个假想的模拟实际计算机进行工作的软件系统，由编译器、解释执行器、元件库和管理模块组成，可以完成对图文件的编译、中间代码生成和解释执行，对PLC 文件的加载和执行。其中，元件库提供了梯形图元件的相关信息，作为一个单独的模块可动态升级，可根据用户的需要进行裁减。这种架构给PLC 虚拟机带来了极大的`灵活性和可扩展型，是数控系统实现开放化的关键技术。
2 软PLC 中元件库模块的研究
2. 1 元件及元件库
梯形图中的触点、线圈和用方框表示的功能块，把这些绘图元素叫做“元件”。由于“元件”在梯形图中作为梯形图的绘图元素，因此元件中包括其所具有的自身参数( 输入参数、输出参数) 和功能函数( 逻辑行为) 。
所有的元件按照一定的分类规则组合在一起，称元件的组合为元件库。元件库是软PLC 虚拟机中独立的模块，包含元件的绘图信息和行为信息，提供了一组对外访问的接口，其它模块通过这些接口获取希望获得的信息。
2. 2 元件库的数据结构
由于标准中规定的元件数量较多，为了便于信息查找，可对其建模过程采用按类型分组的策略，功能相近的元件分在同一个元件组中，采用的数据结构是链表。每个元件库包含一个元件组链表，该链表的结点为元件组的信息，每个元件组又包含一个元件链表，结点为元件。2. 3 开发语言及编程工具的选择
开发元件库，可以选择当今业界流行的C + + 语言，C + + 是C 的派生，是C 的超集，是一种面向对象的程序设计语言( Object - Oriented Programming Language，OOPL) ，具有封装性、继承性、多态性等独到之处，使程序结构更加清晰，更易于扩充和维护，更加灵活，程序设计者能更好地理解和管理庞大的复杂程序。
3 标准元件库的创建
3. 1 实现原则
元件库创建的过程中，采用了C + + 标准程序库，提供了容器和泛性算法。比如: 实现元件库模型中的实体类时，使用了标准库中提供的元素，包括pair、wstring 等类型和list、vector 等容器，直接调用容器类提供的成员函数，不但避免了自己设计链表、动态数组等数据结构容易产生的错误，而且对软件的可靠性有了很大的提高，大大提高了开发效率和程序质量。
3. 2 元件库的组类
元件的信息分成两部分描述。一部分为静态信息，包括绘图信息和参数信息，抽象出元件基类CBaseUnit，具体的元件类都继承自元件基类，例如元件ID、元件大小、元件名称和参数表等属性的初始化和描述; 另一部分为动态信息，也就是元件的行为信息，抽象出行为抽象基类CDictate，具体元件行为的描述都继承自该类，例如纯虚函数Run。通过两部分信息结合，完成对元件描述和类型声明。
由于元件较多，所以采取了分组策略，将标准中规定的功能相关的元件放在一组当中，产生元件组。对元件组类的声明可以如下:
class CUnitGroup
{
public:
CUnitGroup( ) ;
virtual ～ CUnitGroup( ) ;
void AddUnit ( CBaseUnit * pUnit) ; / /向元件组中添加元件
成员函数定义略……
private:
unsigned int m_nID; / /组ID
std: : wstring m_szName; / /组名称
std: : list < CBaseUnit* > Units m_units; / /元件
组中包含元件链表
} ;
元件组实例对象可以通过调用AddUnit 成员函数向元件组添加元件，使得元件组中成员变量链表的节点是元件对象的指针，对元件的操作可通过遍历元件组来实现。
3. 3 标准元件库的实现
标准元件库中共包括触点组、线圈组、程序控制组、计数器指令组、定时器指令组、数学运算组、逻辑运算组等多个元件组，将标准中的元件按功能分配到相应的元件组中。在元件库中需要将具体的元件组组织起来，并且通过公有接口提供给系统中的其它模块。针对元件库的功能出元件库基类CBaseUnitTempl，在该类中包含成员变量std: : list < CUnitGroup *> namedUnitGroups，该成员变量把元件组的指针作为链表的节点，可以把元件组对象的指针存放在该链表对象namedUnitGroups 中。此外，该基类主要包含了一组虚函数，标准元件库继承该基类，并对继承的接口进行重写，元件库中接口按功能主要分为以下4类:
( 1) 元件库信息相关接口，包括获取元件库ID号、是否是标准元件库等接口。
( 2) 元件组信息相关接口，包括获取元件组名称、各个元件组中元件的数量、创建新的元件组等接口。
( 3) 判断元件类型的接口，包括判断元件是否为直线、是否为触点等接口。
( 4) 元件信息相关的接口，包括获取元件参数类型、获取元件大小、获取元件名称等接口。
4 总结
开放式数控系统是当今数控技术的发展方向，软PLC 因具有更好的数据处理能力、网络通讯能力和开放的体系结构，将传统的硬PLC 替而代之。笔者以FANUC 数控系统作为硬件平台，对软PLC 技术进行分析，尤其是元件库模块进行了研究设计，提出了新的解决方案，解决了传统封闭式数控系统兼容性差、功能不易扩展等问题，提高数控系统的开放性、降低成本。
【浅谈基于CNC 的软PLC 虚拟机中元件库的研究论文】相关文章：
浅谈PLC的前景和未来论文05-01
浅谈基于移动搜索的网页设计优化研究论文10-21
嵌入式系统中软外设的研究论文11-04
浅谈“包袱”在婚礼主持中的研究与运用论文12-01