基于IEC61131-3标准的嵌入式软PLC研究

摘要

基于IEC61131—3标准的嵌入式软PLC系统是嵌入式系统与PLC在现代工业控制中结合发展的必然产物。随着计算机技术、网络通讯技术、微处理器技术等技术的迅速发展，现在的控制过程越来越复杂而要求是越来越高(如：过程控制、运动控制、模糊控制等)，控制更趋分散化和个性化，由于传统PLC自身的缺陷使得在这些方面都显得力不从心，而IEC61131—3编程标准的颁布促进了PLC向开放性和通用性发展。根据这个标准，充分利用现代计算机的软、硬件资源以及成熟的网络通讯和现场总线技术，开发以软件技术来实现传统PLC的控制功能的新一代开放体系结构，即软PLC。基于嵌入式系统的软PLC，有效的利用了嵌入式系统这个平台，使控制过程更加可靠和稳定，在自动化领域采用基于嵌入式的软PLC来代替传统硬PLC产品已经成为一个趋势。 基于嵌入式系统的软PLC由于其卓越的性能，良好的性价比，可扩展性、可移植性、实时性、开放性等特点，克服了传统PLC的种种弊端，可以实现常规PLC无法完成的控制工程，使企业的控制水平和效率得到了很大的提高。整个系统整合了许多先进的技术，尤其是网络通讯的技术，实现了设备控制、设备管理和企业管理的无缝集成。 本系统的设计是建立在嵌入式系统平台上面，以三星公司出品的S3C2440A(ARM920T核)作为嵌入式处理器，以嵌入式WinCE作为操作系统。其硬件平台的设计符合开发性标准，有利于进行扩展和二次开发。而整个软PLC系统的架构是遵循IEC61131—3标准的，各种符合IEC61131—3标准的编程语言的转换模型的建立和中间语言的结构定义是一个全新的开放的体系结构，有很强的兼容性和通用性，它支持数据结构，强大的网络通讯功能，友好的人机界面，能够执行比较复杂的控制算法。 本论文首先分析了基于IEC61131—3标准的嵌入式软PLC系统的体系结构，给出了整个系统具体的实现方案，根据此方案设计和开发了符合开放性标准的嵌入式系统硬件平台，然后重点说明了符合IEC61131—3标准的软PLC系统设计。考虑到现代工业控制环境的恶劣以及需要实现一些比较复杂的控制算法，嵌入式硬件平台的设计采用了三星公司的S3C2440A芯片加嵌入式winCE操作系统的模式，存储器采用由两片三星公司的K4S561632E—UC75组成的64MSDRAM以及Intel的16M28F128NORF1ash和Samsung的64MK9F1208NANDFlash芯片作为存储芯片，系统运行的稳定性和可靠性能够得到保证。软PLC运行支撑环境的设计采用模块化设计的思想，根据IEC61131—3标准定义了大量的功能模块库和函数库，建立了中间语言转换模型，实现了编译解析产生目标代码的算法。 本文是课题组的一个研究部分，但为更进一步现场总线的支持、分布式控制和远程监控等高级功能的深化研究奠定了良好的基础。

目录

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声明

第一章绪论

1.1 嵌入式软PLC技术的产生

1.2 嵌入式软PLC系统研究的意义

1.3 国内外发展状况及趋势

1.4 本文所做的工作和内容安排

1.4.1本文所做的工作

1.4.2本文的内容安排

第二章符合IEC61131-3标准的新型软PLC系统分析与设计

2.1 IEC61131-3标准

2.1.1 IEC61131-3标准及其优点

2.1.2 IEC61131-3标准的内容

2.1.3 IEC61131-3标准的编程语言

2.2 软PLC与传统PLC的异同

2.2.1传统硬PLC工作原理及特点

2.2.2开放型软PLC工作原理及特点

2.3软PLC控制方案设计

第三章嵌入式软PLC硬件平台设计

3.1嵌入式系统

3.1.1嵌入式系统及其特点

3.1.2嵌入式系统与通用计算机的异同

3.1.3嵌入式系统的组成

3.2 嵌入式操作系统分析及其选型

3.2.1嵌入式操作系统分析

3.2.2嵌入式操作系统选型

3.3 嵌入式软PLC硬件平台设计

3.3.1嵌入式硬件平台设计思想

3.3.2嵌入式硬件平台核心系统设计

3.3.3外围接口设计

第四章嵌入式软PLC集成开发环境的设计

4.1 软PLC系统整体架构设计

4.2 软PLC集成开发环境的设计

4.2.1 软PLC的软件实现原理

4.2.2编译器的设计

4.2.3转换中间语言模型的建立与实现

4.2.4图元的设计

4.2.5功能与功能块的设计

4.2.6编译系统算法库设计与实现

第五章结论与展望

致谢

参考文献

在学期间的研究成果