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基于Cotrex-M3的软PLC技术的研究

2020-12-11阅读(452)

基于Cotrex-M3的软PLC技术的研究

论文摘要

可编程控制器（Programmable Logic controller，简称PLC）结合了计算机通用、灵活、功能强大和继电器控制装置价格低廉、操作简便的优点，以其高速度、高可靠性而受到工业自动化控制领域的欢迎。但是，随着计算机、网络通讯、微处理器等技术的迅速发展，当今的工业控制过程越来越复杂，要求也越来越高，更趋向于分散化和个性化。固定单一的硬件和封闭的编程方式阻碍了PLC自身的发展，为了克服传统PLC的这些不足，且伴随着IEC61131-3国际编程标准的颁布，软PLC技术应运而生，极大地促进了PLC向开放性和通用性的发展。本文通过对国内外软PLC技术的研究，实现了符合IEC61131-3编程标准的梯形图到标准C语言的转换算法，并选择以Cortex-M3为内核的STM32作为本平台的处理器。通过调用STM32的C编译器对梯形图生成的C目标代码和底层驱动函数进行联合编译并下载至硬件平台运行，实现了PLC的基本功能。目前，市场上几乎所有的单片机和ARM处理器都支持C语言，我们仅需要修改少量的驱动函数，就能够将本平台的梯形图程序移植到其它平台上使用。处理器可根据硬件需求和成本等因素灵活选择，实现了真正的平台开放，并且极大得缩短了项目开发周期。本文的工作主要包括以下几点：1.介绍了传统PLC和软PLC的体系结构和工作原理，并对本系统的需求进行了分析，确定了各个模块的具体功能。2.对上位机编辑界面进行了设计，为用户提供了良好和人性化的编程环境。3.介绍了各梯形图元件的功能，分析了梯形图复杂的分支结构关系，并在此基础上为梯形图的元件、串并联结点和梯级设计了相应的数据结构。4.实现了梯形图的具体编辑操作算法，如元件的查找、添加和删除，梯形图程序的保存和读取等。5.设计了一种中间语言，并实现了梯形图程序到中间语言的转换。这种中间语言不仅能够直接转换成C语言，还可以转换成C++等高级编程语言，为本平台的后续优化和功能扩展提供了良好的接口。6.实现了中间语言到标准C语言的转换。7.通过设计一个小型的滴灌系统，对本系统硬件和软件平台进行了全面的验证。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题研究的背景和意义
  • 1.1.1 PLC 技术的产生与发展
  • 1.1.2 传统 PLC 技术存在的问题
  • 1.2 软 PLC 技术的产生
  • 1.3 课题研究的国内外现状
  • 1.3.1 国外研究现状
  • 1.3.2 国内研究现状
  • 1.3.3 软 PLC 技术的发展趋势
  • 1.4 课题研究目的和论文内容安排
  • 第2章 软 PLC 开发平台的总体设计
  • 2.1 传统 PLC 的结构和工作原理
  • 2.1.1 传统 PLC 的硬件体系结构
  • 2.1.2 传统 PLC 的工作原理
  • 2.2 软 PLC 系统的结构和工作原理
  • 2.2.1 软 PLC 系统的结构
  • 2.2.2 软 PLC 系统的工作原理
  • 2.3 PLC 编程语言的选择
  • 2.3.1 IEC61131-3 国际标准简介
  • 2.3.2 梯形图重点概念及编程规则介绍
  • 2.4 本系统的需求分析和软件总体架构
  • 2.5 本章小结
  • 第3章 PLC 编辑器的设计与实现
  • 3.1 梯形图编辑界面的设计
  • 3.1.1 主框架的创建
  • 3.1.2 菜单栏的设计
  • 3.1.3 工具条的设计
  • 3.1.4 其它部分的设计
  • 3.2 梯形图元件介绍
  • 3.3 梯形图图符的生成与显示设计
  • 3.4 梯形图数据结构的设计
  • 3.5 梯形图程序的编辑操作
  • 3.5.1 当前元件可执行操作的判断
  • 3.5.2 元件的选定与查找
  • 3.5.3 元件的添加和梯级结构修正
  • 3.5.4 元件的删除和梯级结构修正
  • 3.6 本章小结
  • 第4章 PLC 梯形图到标准 C 语言转换的实现
  • 4.1 梯形图到中间语言转换的关键数据结构
  • 4.2 梯形图到中间语言转换的具体实现
  • 4.3 中间变量在 C 文件中的声明和定义
  • 4.4 中间语言到标准 C 语言转换的实现
  • 4.5 底层驱动函数介绍
  • 4.6 编译的实现
  • 4.7 功能模块验证
  • 4.7.1 I/O 模块验证
  • 4.7.2 逻辑判断功能验证
  • 4.7.3 AD 采样、串口、算术运算功能模块验证
  • 4.7.4 查找表功能验证
  • 4.7.5 分段线性表功能验证
  • 4.7.6 PWM 功能模块验证
  • 4.8 本章小结
  • 第5章 PLC 硬件平台设计及调试
  • 5.1 处理器的选择
  • 5.2 硬件资源配置及外围电路设计
  • 5.2.1 I/O 资源分配
  • 5.2.2 PWM 输出通道设计
  • 5.2.3 ADC 模拟通道设计
  • 5.2.4 串口配置
  • 5.3 PCB 及抗干扰设计
  • 5.4 设计举例：自动滴灌系统
  • 5.4.1 湿度检测模块
  • 5.4.2 定时器模块
  • 5.4.3 手动控制模块
  • 5.4.4 自动控制模块
  • 5.5 本章小结
  • 第6章 总结与展望
  • 6.1 论文的成果总结
  • 6.2 课题展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录
  • 详细摘要

    • 相关论文文献

    • [1].带导向槽的反力臂拧紧机的设计[J]. 组合机床与自动化加工技术 2015(05)
    • [2].软PLC控制技术综述[J]. 科技创新导报 2016(01)
    • [3].软PLC技术研究现状与发展趋势[J]. 科技信息 2010(04)
    • [4].软PLC控制系统研究与实现[J]. 机电设备 2013(03)
    • [5].基于工业PC的软PLC的设计与实现[J]. 工业控制计算机 2009(01)
    • [6].基于软PLC的手机短信家居远程控制[J]. 机械工程与自动化 2011(02)
    • [7].基于PCI卡的软PLC应用研究[J]. 仪表技术 2008(01)
    • [8].基于软PLC的多协议通信系统的研究与实现[J]. 机械工程与自动化 2019(05)
    • [9].基于PC的软PLC—上位机系统设计与实现[J]. 中国新通信 2016(16)
    • [10].一种软PLC编译执行方法[J]. 组合机床与自动化加工技术 2011(11)
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    • [18].基于PC的软PLC开发系统软件设计[J]. 电子世界 2018(16)
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