近年来,随着科学技术的发展,信息技术正在深刻改变工业制造的形态。可编程逻辑控制器(programmable logic controller,简称PLC)是一种用于自动化控制的数字逻辑控制器,广泛应用于工业控制领域。受限于传统PLC体系结构不够开放、可拓展性差,近年来软PLC技术成为新的发展方向。软PLC系统分为两部分:开发系统和运行系统,其中运行系统是保证用户程序正确运行的关键。本文的研究目标是设计一个软PLC运行时系统,能够运行符合IEC61131-3标准的用户程序。本文介绍了软PLC技术的研究意义,调研了国内外软PLC及其运行时系统的研究现状。目前国内自主研发的软PLC系统大多仅支持单一语言,对IEC61131-3标准的支持不足,与国外同类产品具有较大差距。之后,介绍了IEC61131-3标准对用户程序运行的规范,并对软PLC运行时系统进行需求分析和总体设计。运行时系统负责加载启动用户程序,并为用户程序的运行提供必要的环境。本文介绍了运行时系统的运行机制,采用编译执行和运行时系统与用户程序解耦的方式,设计并实现了运行时系统的四个模块:任务调度、设备交互、守护节点及数据监控。任务调度模块支持通过非抢占式调度或抢占式调度执行用户程序中的任务;设备交互模块支持用户程序与设备I/O接口进行交互,并为用户程序屏蔽设备细节,还支持虚拟IO设备;守护节点可以方便地对用户程序进行远程部署和远程启动;数据监控模块可以对用户程序内部变量的状态进行监控,便于调试和运行状态的监控。最后,编写多个PLC用户程序使用虚拟IO设备和实际设备对运行时系统进行测试,证明运行时系统的有效性。