基于数控系统的嵌入式PLC研究

论文摘要

软PLC是当前PLC研究的热点。传统的PLC已经不能满足工业需要,国际标准IEC61131-3的颁布大大的促进了软PLC的发展。于此同时计算机数控系统也在向开发式的体系结构发展。软PLC更适应于开发式数控系统的要求,因此研究数控系统软PLC是有理论和实际意义的。在分析了软PLC在数控系统的作用和工作原理的基础上,设计了软PLC总体研究方案,把软PLC系统分为编辑系统和运行系统两个部分。参照IEC61131-3国际标准,建立合适的开发式数控系统的PLC指令集,并将编辑系统划分为编辑器设计和编译器设计两个主要部分进行研究,实现软PLC应具备梯形图和指令表两种语言的编程的功能要求。研究了嵌入式硬件体系的基本构成和原理,在此基础上设计了本课题嵌入式软PLC的硬件平台。如Flash及SDRAM电路、JTAG、USB接口电路、串行接口电路、I/O模块输入输出接口电路。采用面向对象的设计思想,利用C++编程语言,完成梯形图编辑器、指令表编辑器的设计,开发了界面友好、高效的PLC编程软件。采用AOV图和二叉树实现了梯形图和指令表语言的相互转化算法；并设计实现了软PLC编译功能,生成了可执行的目标代码。实现了软PLC运行系统。分析传统PLC巡回扫描工作方式,设计了嵌入式软PLC运行系统,并按照输入采样、程序的解释执行以及输出刷新三个过程来模拟传统的PLC工作过程,从而实现软PLC的逻辑控制功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• Contents
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 开放式数控系统的产生
• 1.1.2 嵌入式软PLC的产生及在开发式数控系统的作用
• 1.1.3 国内外研究概况
• 1.2 课题来源及研究意义
• 1.3 研究课题的主要内容
• 第二章 嵌入式软PLC系统分析及设计
• 2.1 嵌入式软PLC的工作原理
• 2.2.1 嵌入式软PLC的组成
• 2.2.2 嵌入式软PLC的工作方式
• 2.2 PLC编程语言IEC61131-3标准
• 2.2.1 IEC61131-3简介
• 2.2.2 IEC61131-3标准的模型
• 2.2.3 IEC61131-3标准编程语言内容
• 2.2.4 IEC61131-3标准的主要特点
• 2.3 PLC的性能指标与功能
• 2.3.1 PLC的基本性能指标
• 2.4 数控系统嵌入式软PLC实现的二种方案
• 2.4.1 内装型PLC及其特点
• 2.4.2 独立型PLC及其特点
• 2.5 嵌入式软PLC的软件体系结构设计
• 2.6 嵌入式软PLC操作系统的选择
• 第三章 嵌入式软PLC硬件平台设计
• 3.1 嵌入式硬件体系的基本构成
• 3.1.1 嵌入式硬件体系的基本构成模型
• 3.1.2 嵌入式硬件体系的基本组成
• 3.2 嵌入式软PLC硬件体系设计
• 3.2.1 嵌入式软PLC系统实现的功能及目标
• 3.2.2 嵌入式软PLC硬件方案设计
• 3.2.3 嵌入式软PLC硬件设计
• 3.2.3.1 嵌入式微处理器的选择
• 3.2.3.2 Flash及SDRAM电路
• 3.2.3.3 JTAG下载接口电路设计
• 3.2.3.4 USB接口电路
• 3.2.3.5 串行接口电路
• 3.2.3.6 I/O模块输入输出接口电路
• 3.3 本章小结
• 第四章 嵌入式软PLC开发系统的研究及实现
• 4.1 嵌入式软PLC编辑功能设计
• 4.1.1 标准语言的选择
• 4.1.2 梯形图编辑器设计原则及实现功能
• 4.1.3 开发语言和开发工具的选择
• 4.1.4 梯形图类的设计
• 4.1.5 数据的保存
• 4.1.6 梯形图编辑器的具体实现
• 4.1.7 指令表编辑器的实现
• 4.2 语言转换模块的设计
• 4.2.1 PLC语言错误检测模块
• 4.2.2 梯形图向指令表的转换
• 4.2.3 指令表向梯形图的转换
• 4.3 嵌入式软PLC编译功能设计
• 4.3.1 指令表的预编译
• 4.3.2 PLC指令的解释
• 4.3.3 目标代码的生成
• 4.4 本章小结
• 第五章 嵌入式软PLC运行系统的研究及实现
• 5.1 软PLC工作原理
• 5.2 软PLC运行系统具体实现
• 5.2.1 输入采样
• 5.2.2 软PLC指令解释器
• 5.2.3 输出刷新
• 5.2.4 巡回扫描工作方式的实现
• 5.3 本章小结
• 第六章 嵌入式软PLC实验测试
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢
• 附录A 实例界面
• 附录B 梯形图指令表
• 附录C 输入信号点定义
• 附录D 输入信号点定义