开放式可编程控制系统的研究

摘要

可编程控制器作为目前工业自动化的重要基础设备，在工业领域发挥着愈来愈大的作用。然而，高端（具有通讯、数控、数据采集等功能）PLC的核心技术长期被欧、美、日等外资企业掌握着。它们垄断了国内庞大的PLC市场。而且，国外PLC价格高昂，开放性不高，普及十分困难。因此，十分需要开发具有自主产权的PLC。近年来，先进高性能单片机技术的发展，为PLC的硬件研制提供了物质基础。开发一种计算机与单片机主从结构的、开放的、模块化的、低成本PLC是国内PLC产品开发的一个方向。 在这样的背景下，我们总结了可编程控制器的基本构成、工作原理及其特点，建立了开放式可编程控制系统的结构模型，并选用51内核单片机STC89C51作为PLC的处理器，设计制作了一款小型PLC，该PLC能够实现逻辑输入、输出、通信等功能；在这个基础上，对51内核单片机和三菱FX2n PLC指令集展开研究，提出了PLC集成开发平台的C51实现方案，并使用开发工具Borland C++Builder设计开发了PLC上位机软件，该软件具备梯形图编辑、逻辑运算、数据处理等功能，且能将梯形图程序编译为能够被51单片机CPU运行的可执行文件。 论文详细分析了课题PLC系统的硬件设计，阐述了上位机前台梯形图输出的方法，给出了编译器对PLC指令解释的原理，研究了C51编译系统的数据格式，以及如何通过调用C51编译器、连接/定位器、转换器，实现了梯形图语言到机器语言的转换。最后，论文分析了USB通信原理及其系统构成，并完成USB通信的固件编程及数据通信测试，成功将USB通信应用到PLC领域。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1前言

1.2 PLC的发展历程

1.3国内外PLC发展状况和趋势

1.4课题的提出

1.5研究的内容

1.6本章小结

第二章开放式可编程控制系统设计方案

2.1 PLC的结构组成及各部分的作用

2.2 PLC的工作原理

2.3 PLC运行系统的实现方案

2.4本章小结

第三章51内核PLC硬件设计

3.1主单片机介绍

3.2硬件设计系统框图

3.3系统电路设计

3.4开关量输入／输出电路设计

3.6串行通信接口电路

3.7键盘、显示模块

3.8 USB通信接口模块

3.9硬件可靠性设计

3.10 PCB硬件电路板的制作注意事项

3.11可编程控制器实物图

3.12本章小结

第四章PLC上位机系统设计

4.1软件需求分析

4.2开发工具的选择

4.3用户界面的设计

4.4梯形图视图的实现

4.5梯形图指令

4.6梯形图编译器的设计

4.7本章小结

第五章USB通信程序设计和实现

5.1 USB总线简介

5.2 USB总线的优点

5.3 USB系统构成

5.4 USB设备驱动程序

5.5本章小结

第六章总结和展望

6.1总结

6.2进一步的工作

附录

参考文献

作者攻读硕士期间发表的论文

致谢