基于嵌入式Linux的软PLC系统设计与实现

论文摘要

传统的PLC经过几十年的发展,在工业控制领域得到了广泛的应用,但是其开放性差的缺点也越来越突出。软PLC系统使用软件技术来实现传统PLC的功能,解决了传统PLC的兼容性差、开发性差等问题。近年来,随着嵌入式系统在工业控制中的广泛应用,嵌入式技术和软PLC技术结合是工业控制技术发展的一种必然的趋势。论文通过对国内外嵌入式软PLC技术研究现状分析,提出了基于嵌入式Linux的软PLC系统—ELSPLC系统设计方案。该方案硬件平台采用多CPU并行结构,以提高系统的实时处理能力;软件平台采用嵌入式Linux操作系统,以降低系统成本,提高软件开发的灵活性。论文详细介绍了ELSPLC系统的硬件和软件设计。硬件采用模块化设计方案,包括核心模块、I/O模块等。软件系统分为开发系统和运行系统,开发系统采用ISaGRAF软件,运行系统包括系统管理、虚拟机、通信接口、I/O接口等模块。测试及实际应用结果表明,论文提出的ELSPLC系统稳定可靠、响应速度快,能满足一般工业控制的需要。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题目标和主要工作
• 1.4 论文结构
• 第二章 嵌入式软PLC技术概述
• 2.1 嵌入式系统概述
• 2.1.1 嵌入式系统定义
• 2.1.2 嵌入式系统组成
• 2.2 软PLC技术概述
• 2.2.1 软PLC技术产生背景
• 2.2.2 软PLC系统的结构
• 2.2.3 软PLC系统工作原理
• 2.3 IEC61131-3标准
• 2.3.1 IEC61131-3的编程语言
• 2.3.2 IEC61131-3标准的主要特点
• 2.4 本章小结
• 第三章 ELSPLC系统总体设计
• 3.1 ELSPLC系统总体设计
• 3.1.1 ELSPLC系统设计要求
• 3.1.2 ELSPLC系统总体结构设计
• 3.2 ELSPLC硬件系统实现策略
• 3.2.1 采用多CPU并行体系结构
• 3.2.2 CPU间通信方式的选择
• 3.3 ELSPLC软件系统实现策略
• 3.3.1 开发系统选择
• 3.3.2 嵌入式操作系统的选择
• 3.3.3 虚拟机的实现方案
• 3.3.4 与上位机的通信方式
• 3.4 本章小结
• 第四章 ELSPLC系统硬件设计
• 4.1 ELSPLC总线的设计
• 4.2 主控模块的硬件设计
• 4.2.1 主控模块CPU的选择
• 4.2.2 存储系统的设计
• 4.2.3 网络通信接口设计
• 4.2.4 串行通信接口设计
• 4.3 I/O模块的硬件设计
• 4.3.1 I/O模块CPU的选择
• 4.3.2 I/O模块双端口RAM设计
• 4.3.3 I/O模块输入输出接口设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 ELSPLC运行系统软件设计
• 5.1 ELSPLC运行系统总体结构
• 5.2 嵌入式Linux环境的构建
• 5.2.1 U-Boot的移植
• 5.2.2 Linux内核的移植
• 5.3 配置管理模块设计
• 5.3.1 I/O映射的实现
• 5.3.2 PLC程序下载管理
• 5.3.3 PLC程序调试功能的支持
• 5.4 虚拟机设计
• 5.4.1 虚拟机执行流程
• 5.4.2 输入采样程序的实现
• 5.4.3 指令执行程序的实现
• 5.4.4 输出刷新程序的实现
• 5.5 通信接口设计
• 5.5.1 与开发系统的通信接口程序实现
• 5.5.2 与SCADA系统通信接口程序实现
• 5.6 I/O接口设计
• 5.6.1 主控模块与I/O模块数据交换格式
• 5.6.2 I/O接口程序具体实现
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 附录1 硬件成品图
• 致谢
• 攻读硕士期间论文发表情况及科研情况