基于IEC61131-3标准的可编程控制器的设计与实现

摘要

可编程控制器在工业自动化领域应用广泛，但其编程语言不统一，为应用带来不便。IEC61131-3标准的颁布提供了标准化的编程方法。研究基于IEC61131-3标准的可编程控制器有着重要意义。 针对工业控制系统和现场总线的特点，结合可编程控制器的优势，开发了基于IEC61131-3国际标准的可编程控制器PEC3000。并以PEC3000为主控制器构建了一种基于RS485总线的现场总线控制系统。介绍了系统的通讯模型，其中物理层采用RS485总线接口，链路层采用MODBUS协议，应用层定义了通信服务、网桥服务和设备管理服务，通过管理信息库协调网络设备统一工作，用户层支持IEC61131-3标准编程语言，为用户提供开放的编程环境。 PEC3000以ARM7内核的LPC2138为核心处理器，具有4路高速计数器、20路普通开关量输入、1路PWM高速输出、18路普通开关量输出和2路标准电流信号输出。高速计数器输入端口经过高速光耦隔离后连接到LPC2138的外部中断输入引脚，以中断的方式统计脉冲个数并计算当前频率值。普通开关量输入采用双极性光耦实现无极性隔离输入。开关量输出采用隔离晶体管输出，以提高输出驱动能力。模拟量输出由内部定时器的定时和匹配功能输出频率为100Hz、占空比可调的脉冲信号，经隔离、整形、滤波、放大后输出0-5V电压信号或通过电流串连负反馈，实现标准4～20mA电流信号输出。经零点、满度校准后，输出精度达0.1％。PEC3000通过SPI总线接口扩展了46个LED用来指示工作状态。 将PEC3000应用于波峰焊机改造项目中，其下扩展一个TAC6000温度控制器组成一个小型控制系统，完成了温度、速度、喷雾、计数、波峰、状态等自动控制。证明了基于IEC61131-3标准的可编程控制器的开放性和易用性。

目录

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声明

1绪论

1.1工业控制系统和现场总线技术

1.2PLC的产生及发展趋势

1.3国内外发展现状

1.4IEC61131-3标准

1.5本文主要工作

2现场总线系统构建

2.1系统方案

2.2现场总线系统通讯模型

2.3本章小结

3硬件电路及驱动程序设计

3.1LPC2138核心控制器

3.2硬件电路总体设计

3.3开关量输入

3.4开关量输出

3.5模拟量输出部分

3.5.1D/A硬件部分

3.5.2D/A驱动软件部分

3.5.3模拟量输出的校准

3.6RS485通信电路

3.7LED面板设计

3.8PEC3000电源设计

3.9本章小结

4软件设计

4.1主程序设计

4.2程序初始化工作

4.3功能块设计

4.3.1功能块扫描周期

4.3.2功能块指令规约

4.3.3变量通信模型的定义

4.3.4访问路径的研究与实现

4.3.5功能块寻址

4.4PEC3000的从设备管理

4.4.1数据映射管理

4.4.2扩展设备配置参数定义

4.4.3扩展设备配置命令解析

4.4.4扩展设备上下线管理

4.5通讯处理

4.6本章小结

5PEC3000的典型应用

5.1波峰焊机项目简介

5.2波峰焊机项目改造设计

5.3波峰焊机项目改造结果

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢