工程机械嵌入式软PLC编程环境的研究与实现

摘要

随着现代嵌入式技术和控制技术的不断发展，工程机械控制器已从传统的PLC发展到现今的嵌入式软PLC控制器。控制器系统一般由编程系统和运行系统两部分组成，编程系统主要完成项目管理，程序编制、转换编译、下载调试等功能，是控制器系统必不可少的一部分。目前，国内所使用的编程环境主要还是国外一些先进的自动化软件公司开发的产品，国内的编程环境，语言不一，操作不便，导致程序开发过程复杂，开发周期长。
　　本文针对上述问题，设计开发一款遵循IEC61131-3国际标准的工程机械嵌入式软PLC编程系统，针对梯形图指令元件繁多，管理复杂的问题，对工程机械中常用的指令和控制算法进行归纳分类，采用分层继承的方法以及工厂方法模式对元件库进行管理，依据梯形图语言的编辑特点，提出一种基于网格的梯形图存储编辑显示方法，并提供错误检查机制，防止编制人员误操作;针对梯形图逻辑结构复杂，控制器识别困难的问题，提出了基于阶级能量流动的梯形图向指令表转化的方法，算法依据梯形图的从左往右能量流动式特性，准确判定元件之间的逻辑关系，进而转化为指令表语言，并在转换过程中进行语法检查，有效提高了转换结果的可靠性和准确性。
　　依据PLC的工作原理，设计了一个简式虚拟运行机，实现仿真功能，接着对系统的编辑，语法查错，语言转换等功能进行测试。最后给出了本系统在JZ350型锥形混凝土搅拌机中应用的仿真实例，结果表明本工程机械嵌入式软PLC编程系统操作方便，使用简单，代码生成准确有效，能满足一般的控制程序开发需求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 论文研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 论文研究内容和组织结构

1．3．1 研究内容

1．3．2 论文组织结构

2 编程环境系统分析和整体模型建立

2．1 嵌入式软PLC和IEC61131-3标准

2．2 基于UML的需求分析

2．2．1 系统用例图

2．2．2 系统功能需求

2．2．3 数据流图

2．3 编程环境总体分析设计

2．3．1 系统整体结构设计

2．3．2 子模块功能实现

2．3．3 开发语言及开发工具选择

2．4 本章小结

3 编辑器的设计与实现

3．1 基于网格的梯形图编辑器的设计

3．1．1 梯形图语言和编程规则

3．1．2 绘制区域设计

3．1．3 图元设计和管理

3．1．4 图形存储和操作

3．1．5 错误检查

3．2 指令表编辑器设计

3．2．1 指令表语言

3．2．2 指令表编辑器设计

3．3 软件界面

3．4 本章小结

4 语言转换的研究与实现

4．1 数据结构分析

4．2 语言转换的难点和关键技术

4．3 基于拓扑排序的方法

4．4 基于二叉树的方法

4．5 基于阶级能流的梯形图转换

4．5．1 总体思想

4．5．2 具体转换过程

4．5．3 总体流程图

4．5．4 语法错误检查

4．6 算法复杂度分析

4．7 本章小结

5 仿真与测试

5．1 PLC工作原理

5．2 仿真器的整体设计方案

5．2．1 虚拟运行机

5．2．2 梯形图仿真设计

5．2．3 仿真流程图

5．3 系统功能测试

5．3．1 编辑功能测试

5．3．2 转换功能测试

5．3．3 仿真功能测试

5．4 JZ350型锥形反转出料混凝土搅拌机仿真实例

5．5 本章小结

6 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的主要研究成果

致谢