基于构件的嵌入式PLC硬件电路设计平台的研究与设计

摘要

随着计算机和微电子技术的进一步发展，PLC技术和嵌入式系统结合成为了目前PLC发展的新方向。嵌入式PLC的应用相当广泛、应用场合多样。虽然各种嵌入式PLC产品的组成形式和功能特点各不相同，但它们总体结构上基本是相同的，一般由中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出系统、通信接口、内部电源等部分组成。一个PLC中多个具有相同结构的输入/输出功能模块，在不同的PLC中可能存在相同的通信功能模块和电源功能模块。即在PLC硬件设计过程中存在很多重复的设计，并且在传统设计过程中往往会存在很多由人为因素造成的设计错误，如由于连接关系复杂造成的网络标号错误，或在拷贝相同电路时因拷贝数量大而疏忽了元件的更名造成元件名重复。在电路板布局过程中，将元件按就近原则布局的过程就要耗费设计人员大量的时间。
　　 为实现硬件电路模块的设计复用，提高电路设计正确性，本文提出了一种基于构件的电路设计平台。首先我们对嵌入式PLC的基本硬件电路模块进行研究，发现这些模块具有以下三个共同的特点：(1)具有较高重复性；(2)具有通用性；(3)具有独立性。这些特点与构件的基本特征吻合，说明将这些模块封装成构件用于原理图的设计具有可行性。然后在对软件构件技术研究基础上提出适合硬件电路开发的硬件电路构件(HWCC)的概念模型以及其对应的构件库和构件组装方案。我们以现有电路设计软件的网络表文件、封装库文件、电路板文件作为二次开发接口，利用外部开发机制实现了基于构件的嵌入式PLC电路设计平台的开发。平台主要由封装库、构件库管理系统、原理图设计器、解析器四部分构成。封装库实现封装库文件的导入及存储；构件库管理系统实现构件的制作、构件的存储、构件的动态修改以及构件的提取；原理图设计器以可视化图形方式实现基于构件的电路原理图设计；解析器负责原理图设计结果的分析，最终生成对应的电路板文件。
　　 经过实际的电路设计实践证明，该平台有效降低原理图复杂度，提高电路设计正确性，缩短电路板开发周期。