基于PC的软PLC运行系统研究与实现

摘要

软PLC技术是一种基于PC的新型控制技术，与传统PLC相比，它具有开放的体系结构、强大的网络通讯能力和更强的数据处理能力，能较好地满足现代工业自动化的要求，是目前工业自动化领域研究的热点之一。 所谓软PLC技术，就是使用PC作为硬件支撑平台，利用软件实现传统PLC的基本功能。即将PLC的控制功能封装在软件内，运行于PC的环境中。这样的控制系统提供了PLC的相同功能，却具备了PC的各种优点。根据传统PLC的结构，软PLC系统的实现一般分为开发系统和运行系统两部分。软PLC运行系统是软PLC的核心，完成程序的执行和输入输出处理。本课题正是以运行系统为研究对象，围绕该系统的实现过程，本文主要进行了以下工作: 1、对软PLC系统设计的相关技术进行了研究，包括虚拟机技术、COM/DCOM技术和OPC技术；在分析研究国际标准IEC61131-3的基础上，论述了开发软PLC系统采用该标准的必要性。 2、对传统PLC的组成和工作原理进行了详细说明，讨论了传统PLC的特点和发展趋势；在此基础上阐述了软PLC的体系结构、软件模型；对比分析了软PLC系统的三种控制方案确定了本课题所研究的软PLC运行系统的支撑平台；对软PLC和传统PLC进行了比较，说明了基于PC的软PLC控制的优越性。 3、对虚拟机的组成及工作原理进行了分析；介绍了开发系统提供的目标代码的数据结构和内存格式；根据IEC61131-3国际标准并参考西门子S7-200指令系统，设计了软PLC运行系统虚拟机的指令系统；详细说明了虚拟机的软件实现方法。 4、对软PLC运行系统各通信接口的任务和通信机制进行了介绍；详细说明了各通信接口的实现方法。 5、对整个运行系统进行了测试，主要包括虚拟机运行实时性、准确性、可靠性的测试和各通信接口能否正常通信的测试。测试结果表明:系统功能达到了预期要求，运行良好。 最后，对本论文进行了总结，指出设计的优点和有待改进的地方，并且展望了软PLC的前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1论文选题的背景和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3课题的研究任务

1.4论文的组织结构

第二章 软PLC系统设计的相关技术和标准

2.1虚拟机技术

2.2 COM/DCOM技术

2.3 OPC技术

2.4 IEC61131-3标准

2.4.1 IEC61131-3标准简介

2.4.2 IEC61131-3编程语言

2.4.3 IEC61131-3国际标准的主要特点

2.4.4采用IEC61131-3国际标准的必要性

2.5本章小结

第三章 软PLC概述

3.1传统PLC

3.1.1传统PLC的组成

3.1.2传统PLC的工作原理

3.1.3传统PLC的编程语言

3.1.4传统PLC的特点

3.1.5传统PLC的发展趋势

3.2软PLC

3.2.1软PLC的组成

3.2.2软PLC系统总体设计

3.2.3软PLC的工作原理

3.2.4实现软PLC的三种方案

3.2.5软PLC系统实时性问题的解决

3.2.6基于PC机的软PLC系统支撑平台

3.2.7基于PC机的软PLC控制的优越性

3.2.8软PLC的发展趋势

3.2.9软PLC与传统PLC的比较

3.3本章小结

第四章 软PLC运行系统虚拟机的实现

4.1虚拟机工作原理及结构

4.2虚拟机执行过程

4.3目标代码的制定

4.3.1目标代码描述的信息

4.3.2目标代码的格式

4.4虚拟机指令系统

4.4.1具体指令的介绍

4.4.2指令对应的函数

4.5虚拟机软件设计

4.5.1系统初始化函数VM_Init()

4.5.2目标代码验证函数VM_Check()

4.5.3虚拟机主程序源码VM_main()

4.6本章小结

第五章 软PLC运行系统通信接口模块的实现

5.1 I/O通信接口

5.1.1任务描述

5.1.2通信机制

5.1.3具体实现

5.2与开发系统的通信

5.2.1任务描述

5.2.2通信机制

5.2.3 COM服务器的实现

5.3与SCADA的通信

5.3.1任务描述

5.3.2通信机制

5.3.3 OPC服务器开发工具介绍

5.3.4 OPC服务器的开发

5.4本章小结

第六章 软PLC运行系统测试

6.1测试内容

6.2虚拟机测试

6.3 OPC服务器测试

6.4测试结果

第七章 结束语

7.1工作总结

7.2研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文