嵌入式软PLC技术的研究与实现

论文摘要

软PLC技术是目前国际工业自动化领域逐渐兴起的一项基于PC的新型控制技术。嵌入式软PLC技术是在深入研究分析传统PLC技术、软PLC技术以及嵌入式系统的基础上发展提出的,适用于目前工业控制中的PLC控制程序大多仅包含常用的基本控制指令的发展现状。嵌入式软PLC可以弥补传统PLC兼容性与可扩展性差、性价比低等缺点,并可克服目前大型软PLC系统较为庞大及资源浪费等不足。本文研究开发的嵌入式软PLC系统,具有灵活小巧,使用方便可靠等优点。本文通过分析国内外传统PLC、软PLC以及嵌入式系统的发展现状,阐述了研究开发嵌入式软PLC系统的意义。在此基础上提出了嵌入式软PLC系统的关键技术,并设计了其总体结构。对嵌入式软PLC系统分为四个模块进行了设计研究,即梯形图编辑系统,PLC指令运行系统,串口通信系统,以及输入输出系统。本文研究了传统PLC指令系统,并运用编译原理知识,对软PLC指令结构进行了设计,其中PLC指令运算采用堆栈结构进行操作。对MCU的内部资源及运行速度进行深入分析后,针对其特定的环境,对PLC指令解释系统进行了更适宜于基于MCU的嵌入式系统的设计,如数据类型、存储区域的选择,合理的构造函数,解释器中对PLC指令的简化等优化操作。运用VC++6.0在PC环境中开发实现了软PLC指令解释系统,并为其设计了测试PLC基本逻辑指令的I/O控制模型,以及测试相对复杂PLC指令的电梯仿真模型。在此基础上,使用C51编程语言在Keil uVersion3 IDE中采用交叉编译的方式设计开发了嵌入式软PLC指令运行系统。本文最后设计开发了基于MCU的嵌入式软PLC原型系统,它是在综合运用全文研究成果的基础上设计开发的。该嵌入式软PLC系统主要包括上位机梯形图的编辑系统、串口通信系统、下位机指令解释系统以及输入输出系统。实验表明,该嵌入式软PLC系统较好的实现了传统PLC系统的基本功能,通过PLC指令简化的PLC指令解释系统性能也有了较好的提升,达到了设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题的提出
• 1.3 课题目的意义
• 1.4 国内外研究现状
• 1.5 本项目组已完成及尚待完成的工作介绍
• 1.6 本文主要研究内容与章节安排
• 2 软PLC 总体结构及运行原理
• 2.1 引言
• 2.2 软PLC 的总体结构及工作原理
• 2.3 主要PLC 指令的实现方法
• 2.4 PLC 指令解释器的实现方法
• 2.5 基于PC 的软PLC 仿真实现
• 2.6 本章小结
• 3 嵌入式软PLC 技术的研究
• 3.1 引言
• 3.2 单片机的特点分析
• 3.3 基于单片机的嵌入式软PLC 系统架构
• 3.4 串口通信系统的设计实现
• 3.5 嵌入式软PLC 代码编译器的设计
• 3.6 提高嵌入式软PLC 系统性能的若干措施
• 3.7 本章小结
• 4 嵌入式软PLC 技术应用实例
• 4.1 引言
• 4.2 蓝津运动控制卡简介
• 4.3 基于蓝津运动控制卡的8 点嵌入式软PLC 系统
• 4.4 LED 控制实验模型
• 4.5 实验运行效果
• 4.6 本章小结
• 5 结论和展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 未来展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录2 软PLC 电梯控制程序