GCPLC的多任务体系研究及实现技术

摘要

针对传统可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）存在新构件融入难度高、开发环境兼容性差、构件组合灵活性弱、二次编程难度大、梯形图编程功能深度缺乏、变量设置单一、硬件耦合性差、CPU选择受限等缺陷，以及针对传统PLC的功能、编程方式、扩充方式与制造业对可编程控制系统功能提升日益增长之间的矛盾。本课题在对软件标准规范、软件的构件化、嵌入式硬件构件、ARM微处理器等技术进行了较深入的探索与应用后，设计了图形构件化可编程逻辑控制器（Graphic Component Programmable Logic Controller，GCPLC）。
　　GCPLC的整个体系具有构件定制扩充、开发环境兼容、图形拖动编程、硬件接口丰富、抗干扰能力和强构件组合等特点。本课题着力研究和实现了GCPLC的多任务体系，分析了其多任务体系的工作原理。并在多任务体系的开发环境中对多任务体系中与任务相关的任务管理、任务调度、任务的同步与通信以及中断机制进行了实现。本课题主要完成了以下工作：
　　（1）从工作原理和硬件结构出发分析了传统PLC的体系结构及其在工业控制中的缺陷。简要概述了GCPLC的硬件结构与其优势，并且对GCPLC多任务体系的工作原理进行了详细的剖析；
　　（2）舍弃传统PLC使用梯形图进行程序编写和开发的方法，转而设计了基于winform的具有多任务体系的软件开发环境，以软件工程的原则为设计的准则，设计了多任务体系软件开发环境的图标控件模块、图标控件设置及连接模块、代码更新模块、编译及下载模块。并且着重于实现软件环境下多任务体系的融入，从任务出发实现了多任务体系的融入，最后设计了基于多任务体系的编译文件Makefile；
　　（3）对传统PLC的组成结构和电气特性进行了分析，基于硬件设计要求，首先设计了处理器的基本外围电路，随后针对GCPLC的外部模块设计了带有多路普通/高速的GPIO模块、LED模块、高速PWM模块、485和232模块和CAN总线模块；并且对每个模块的原件选型和抗干扰能力做了叙述；
　　（4）对GCPLC的多任务体系进行了应用，以直角三轴机器人为测试和应用的对象，使用多任务体系下的软件开发环境设计了直角坐标机器人拣物系统的程序，并将程序写入到CPLC硬件中运行。最后设计了调试软件与GCPLC进行通信以达到调试机器人的目的。直角坐标机器人拣物的运行结果证明了GCPLC多任务体系的可行性和有效性。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 课题研究现状及其综述

1.3 文章主要内容和结构

第二章 GCPLC结构及多任务体系要点研究

2.1 传统PLC的体系结构及其缺陷

2.2 GCPLC的体系结构及其优势

2.3 GCPLC的多任务体系的工作原理剖析

本章小结

第三章 多任务体系下开发环境要素的分析与设计

3.1 开发环境设计的总体原则

3.2 底层驱动分析及设计

3.3 开发环境的基础模块设计

3.4 开发环境下多任务体系的融入

3.5 基于多任务体系的的编译文件Makefile的设计及总结

本章小结

第四章 GCPLC体系的硬件原理及设计

4.1 硬件设计要求

4.2 处理器及其基本外围电路

4.3 GCPLC外部模块电路

本章小结

第五章 应用实例—多任务直角坐标机器人拣物系统

5.1 直角坐标拣物系统功能描述

5.2 拣物系统的GCPLC多任务技术实现

5.3 调试软件设计及实现

本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

公开发表的论文及研究成果

附录A

附录B

附录C

致谢