PLC综合实验系统的开发与实现

论文摘要

PLC实验教学由于受到场所、设备、资金等诸多客观条件的限制,难以在实验室配备真实控制对象,导致实验结果不够直观。针对这种情况,本文开发了一套适用教学、功能齐全的PLC实验装置,可以动态显示PLC控制系统的工作情况,有效提高了PLC综合系统设计的实验效果。PLC综合实验系统由计算机上的被控对象模拟软件和I/O接口电路组成。本文首先介绍了PLC综合实验系统的基本结构和工作原理,然后分析了系统软件和硬件实现的相关技术与开发方法,并对具体设计中采用的单片机接口技术、USB通信技术及计算机仿真技术等进行阐述。其次,设计了以USB型单片机C8051F340为核心的I/O接口电路,完成PLC与模拟被控对象之间的信息传递,并对PLC开关量/模拟量信号进行调理。针对PLC实验系统的具体功能要求,采用C语言完成单片机固件程序开发,实现单片机与PC机之间的数据传输和USB总线协议处理。再次,在Visual C++环境下,利用Windows操作系统的I/O设备驱动原理与动态链接库技术开发了USB通信程序;在Labview平台,采用外部代码接口机制调用该DLL与单片机通信,实现了PLC开关量/模拟量输入信号的设置、输出信号的定时读取。然后,系统采用Labview软件建立被控对象仿真模型,实现了被控对象实际运行过程的动态显示。最后,开发了五个顺序控制系统实验,运行结果表明PLC综合实验系统界面形象友好,能够满足教学要求,提高了PLC实验效率,改善了实验效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景
• 1.2.1 系统开发必要性
• 1.2.2 Labivew 特点
• 1.2.3 USB 总线特点
• 1.3 PLC 实验系统及主要内容
• 1.3.1 系统介绍
• 1.3.2 主要研究内容
• 1.4 本文的章节安排
• 第二章 系统总体设计与硬件实现
• 2.1 引言
• 2.2 系统总体设计方案
• 2.3 系统的硬件设计方案
• 2.4 单片机选型及功能介绍
• 2.4.1 单片机选型
• 2.4.2 C8051F340 功能简介
• 2.4.3 A/D 转换器
• 2.4.4 USB 控制器
• 2.5 单片机模块电路设计
• 2.5.1 USB 接口电路
• 2.5.2 复位电路
• 2.6 信号调理模块电路设计
• 2.6.1 D/A 转换电路
• 2.6.2 模拟量调理电路
• 2.6.3 开关量调理电路
• 2.6.4 电源供给系统
• 2.7 PCB 电路板设计
• 2.8 小结
• 第三章 单片机固件程序设计
• 3.1 引言
• 3.2 USB 设备开发
• 3.2.1 USB 基本结构
• 3.2.2 USB 数据传输
• 3.2.3 USB 设备描述符
• 3.2.4 USB 设备的请求机制
• 3.3 固件程序设计
• 3.3.1 固件程序设计思想
• 3.3.2 主循环程序模块
• 3.3.3 数字量输入/输出模块
• 3.3.4 模拟量输入/输出模块
• 3.3.5 USB 通信模块
• 3.4 小结
• 第四章 USB 通信程序实现
• 4.1 引言
• 4.2 动态链接库
• 4.2.1 动态链接库开发必要性
• 4.2.2 动态链接库概念
• 4.3 设备驱动与Win32 API
• 4.3.1 设备驱动
• 4.3.2 WIN32 API 函数
• 4.4 USB 通信程序设计
• 4.4.1 USB 通信程序总体设计
• 4.5 动态链接库的设备函数接口
• 4.5.1 查找USB 设备
• 4.5.2 打开/关闭USB 设备
• 4.5.3 读写USB 设备
• 4.5.4 数据读/写函数
• 4.6 小结
• 第五章 PLC 实验系统仿真程序设计
• 5.1 引言
• 5.2 DLL 调用和USB 通信实现
• 5.3 Labiew 的图形实现
• 5.3.1 Labview 编程方法
• 5.3.2 图形界面制作
• 5.4 PLC 实验系统被控对象仿真程序设计
• 5.4.1 仿真程序总体框架
• 5.4.2 PLC 被控对象仿真程序实例
• 5.5 小结
• 第六章 系统验证与总结
• 6.1 系统调试及验证
• 6.1.1 系统调试问题及解决方案
• 6.1.2 系统验证
• 6.2 工作总结
• 6.3 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的科研成果及发表的论文