基于ARM的编译型PLC研发

发布时间：2017-10-02 15:04

  本文关键词：基于ARM的编译型PLC研发

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【摘要】：PLC作为工业场合的重要组成部分,随着数字化和智能化的需求和发展,对实时性要求越来越高,但是目前市场上的PLC多为解释型PLC。从编译原理的角度,PLC可分为编译型和解释型。解释型PLC在执行过程中解释执行,所以执行效率低,进而实时性低。同时,由于解释型PLC不仅要烧写用户程序,还要烧写全部硬件驱动、指令库、解释程序等,所以代码量大,存储占用量大。然而,编译型PLC根据用户程序选择性编译,编译下载后直接执行,即“选择性编译,多次执行”,所以执行效率高,实时性好,代码量小。本文通过对国内外PLC的研究,基于IEC 61131标准,实现了基于ARM的嵌入式编译型PLC的基本功能,具有通用性好、成本低廉、实时性好、代码量小等优点。本文主要工作包括如下几点:(1)在PLC国内外现状、发展、存在问题以及IEC 61131标准的研究基础上,把IEC61131软硬件模型映射为现实实现的编译型PLC的软硬件架构。(2)用户开发系统的研究与实现。针对梯形图元件指令具有种类繁杂的特点,本文通过研究发现梯形图遵循相似的外形,采用了一种基于数据模板的梯形图元件构建方法,减小了实现的冗余性;梯形图转C++程序属于编译难题,本文提出了一种新的基于块树的,梯形图转块树,然后通过块树生成C++程序的方法,具有显著的模块化特点。(3)运行系统的研究与实现。针对采用中断数据收发占用大量CPU的问题,本文提出了一种DMA组合中断方式的数据收发方式,使得数据收发更加有效;针对同一个PLC功能指令支持复杂数据类型操作的要求,本文提出采用了函数模板的方式加以实现,减小了重复定义的复杂性;针对PLC功能块指令受内部变量影响,本文提出采用了类的方式加以实现,提高了功能块的封装性;针对不同数据类型访问同一个数据的需求,本文提出采用了以共用体定义指针访问数据的方式,方便了数据的访问;针对任务调度的需求,本文对任务进行了划分和定义,并实现了相应的算法,既满足了任务调度的需求,又通过中断任务满足了实时性要求更高的需求;针对监控、在线编程的需求,本文对其进行了研究和实现,并定义了相应的通信协议。(4)硬件系统设计以及测试。通过把硬件划分为模块,依次设计了开关量输入输出接口、几种常见的模拟量输入输出接口、通信、电源等辅助电路的原理图,并进行了PCB的设计和打板。通过一个简单的测试,对整个系统的软硬件作了一个基本的验证。
【关键词】：PLC 编译型 开发系统 运行系统 编译器
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM571.61
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 课题研究背景和意义9-11
• 1.1.1 工业 4.0 及数控一代的到来9
• 1.1.2 PLC的发展及存在的问题9-10
• 1.1.3 国内外研究现状10-11
• 1.1.4 ARM处理器11
• 1.1.5 课题研究意义11
• 1.2 课题研究的目的和主要工作11-13
• 第2章 系统架构13-19
• 2.1 解释型PLC和编译型PLC工作原理13-14
• 2.2 IEC 61131标准14-15
• 2.3 编译型PLC软件架构15-17
• 2.3.1 架构15-16
• 2.3.2 实现方式和实现工具16-17
• 2.4 PLC硬件架构17-18
• 2.4.1 架构17-18
• 2.4.2 实现方式和实现工具18
• 2.5 本章小结18-19
• 第3章 开发系统研究与实现19-49
• 3.1 主模块19-20
• 3.2 梯形图编程模块20-33
• 3.2.1 变量声明区20-24
• 3.2.2 程序图形编辑区24-33
• 3.3 编译模块实现33-47
• 3.3.2 梯形图转C++语言34-41
• 3.3.3 GCC编译41-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第4章 运行系统研究与实现49-74
• 4.1 运行系统执行机制49-50
• 4.2 驱动设计50-55
• 4.2.1 扫描输入滤波处理50-52
• 4.2.2 数据收发52-55
• 4.3 指令库55-56
• 4.4 数据类型和存储区56-59
• 4.5 任务调度59-62
• 4.6 监控62-64
• 4.7 Modbus64-66
• 4.8 在线编程66-71
• 4.9 编译型PLC调试讨论71-73
• 4.10 本章小结73-74
• 第5章 硬件系统设计以及测试74-87
• 5.1 处理器选择74
• 5.2 原理图设计74-82
• 5.2.1 开关量电路74-76
• 5.2.2 模拟量电路设计76-79
• 5.2.3 通信电路设计79-80
• 5.2.4 电源电路设计80
• 5.2.5 其它电路设计80-82
• 5.3 PCB设计82-83
• 5.4 测试83-86
• 5.5 本章小结86-87
• 第6章 总结与展望87-89
• 6.1 总结87-88
• 6.2 展望88-89
• 致谢89-90
• 参考文献90-92
• 附录A92-93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 何惠琴;;ARM调试系统中JTAG协议的研究与实现[J];小型微型计算机系统;2008年08期

2 周济;;制造业数字化智能化[J];中国机械工程;2012年20期

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本文编号：960245