基于PC的软PLC开发系统的设计与实现

论文摘要

软PLC技术是最近工业自动化领域逐渐兴起的一项基于PC的新型控制技术。和传统的PLC（Programmable Logic Controller可编程逻辑控制器）相比,软PLC克服了传统PLC兼容性和可扩展性差,性价比低等缺点,具有体系结构开放、开发简单等优点,能较好地满足现代工业自动化的要求。软PLC分为开发系统（上位机）和运行系统（下位机）两部分,其中开发系统是运行系统的基础。国际IEC61131-3标准定义了五种PLC编程语言,由于梯形图具有直观,易于掌握等优点,本文通过对PLC工作原理的分析,使用Visual C++ 6.0设计并实现了一种基于梯形图的软PLC开发系统。本文对系统的三大主要模块进行了详细研究:即梯形图编辑器、梯形图编译系统、梯形图仿真系统。梯形图编辑器采用面向对象技术实现。利用MFC设计出PLC梯形图的编辑界面,并根据梯形图的结构特点,设计了一套特殊的元件图符,为用户提供直观、方便的梯形图编辑环境。在梯形图编译模块中,设计出一种基于SPST（Series and Parallel Scanning Transform串并联扫描转换）算法的转换新策略。该策略首先将梯形图映射成AOV图,确定梯形图各元件的位置关系,然后对AOV图进行扫描,进一步确定各元件的不同层次上的串并联结构关系,扫描的同时自底向上建立逻辑树以保存扫描结果,最后遍历该逻辑树方便快速地生成语句表。通过实例表明此策略算法复杂度低,转换准确率高。同时在编译过程中实现了对梯形图的语法查错和规范检查。[番茄花园1]本文最后利用PC丰富的资源,对PLC工作原理进行深入研究,设计并实现了一种梯形图仿真器。仿真器具有直观,良好的仿真界面,在仿真过程中,界面上元件的状态随仿真结果实时更新。仿真算法直接基于编译阶段生成的梯形图逻辑树进行设计,实现了梯形图的快速仿真。该仿真器可脱离硬件PLC运行,使用户能提前看到实际运行结果以便对梯形图进行修改。本文通过实例,证明了本系统的可行性和有效性,在PLC梯形图离线仿真、恶劣环境下PLC控制、PLC教学实验等方面具有广泛的实用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.1.1 课题研究的背景
• 1.1.2 课题研究的实用与学术意义
• 1.2 课题研究的国内外现状
• 1.3 本文的研究目的和研究内容
• 1.3.1 本文的研究目的
• 1.3.2 本文的研究内容
• 2 软PLC 体系结构和开发系统总体设计
• 2.1 传统PLC 的体系结构及工作原理
• 2.1.1 传统PLC 的硬件体系结构
• 2.1.2 传统PLC 的编程语言
• 2.1.3 传统PLC 的工作原理
• 2.2 软PLC 的体系结构及工作原理
• 2.2.1 软PLC 的体系结构
• 2.2.2 软PLC 的工作原理
• 2.3 软PLC 开发系统总体设计
• 3 软PLC 开发系统梯形图编辑器的设计与实现
• 3.1 PLC 梯形图简介
• 3.2 梯形图图符的设计
• 3.3 梯形图元件类的设计
• 3.4 梯形图编辑界面的设计
• 3.4.1 Document/View 结构
• 3.4.2 梯形图的存储
• 3.4.3 梯形图的编辑与显示
• 3.5 本章小结
• 4 软PLC 开发系统梯形图编译器的设计与实现
• 4.1 梯形图到语句表的转换策略
• 4.1.1 梯形图到AOV 图的映射
• 4.1.2 基于AOV 图的串并联扫描（SPST 算法）
• 4.1.3 生成语句表
• 4.2 梯形图语法和规范检查
• 4.2.1 梯形图编程规则
• 4.2.2 梯形图语法检查
• 4.2.3 梯形图规范检查
• 4.3 梯形图编译器的实现
• 4.4 本章小结
• 5 软PLC 开发系统仿真器的设计与实现
• 5.1 仿真器的总体设计
• 5.2 仿真界面的设计
• 5.3 基于梯形图的仿真算法设计
• 5.4 仿真器的实现
• 5.4.1 MFC 多线程编程技术
• 5.4.2 仿真器界面的实现
• 5.4.3 仿真算法的实现
• 5.5 仿真实例
• 5.6 本章小结
• 6 结论与工作展望
• 6.1 结论
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录