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数控系统软PLC的研究与开发

作　者: 孙欣
导　师: 王永青
学　校: 大连理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 软PLC 数控技术梯形图
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

计算机数控系统正在由专用的封闭式体系结构向开放式模块化体系结构发展，PLC(Programmable Logical Controller，可编程逻辑控制器)是实现数控机床开关量控制功能的关键模块，和传统的独立式PLC相比，软PLC(或称内嵌PLC)更能够适应开放式数控系统的要求。IEC1131-3为软PLC的设计提供了编程语言的标准化和开放性国际标准，极大地促进了软PLC技术的发展。因此，基于开放式数控系统的IPC平台、参照IEC1131-3国际标准，研究具有自主知识产权的软PLC技术很有必要。在分析软PLC工作原理和基本结构的基础上，参照国际标准IEC1131-3，基于开放式的国产数字化仿形控制系统平台，设计了软PLC总体研究方案，规划了总体技术路线，建立了适用于开放式数控系统的PLC指令集，将软PLC划分为编辑模块和编译模块两个主要部分开展研究工作，满足了软PLC应具备梯形图和指令表两种编程方法的功能要求。根据数控系统内嵌PLC的控制要求和机床开关的动作特征，研究了软PLC的分页扫描技术和单元映像技术。研究了一种以数控机床开关量动作间隔时间为约束的PLC分页技术，满足了数控系统中断周期的实时性要求。研究了一种开关量的内存单元映像技术，便于确定开关的边沿变化状态。利用面向对象的设计方法，采用C++编程语言，完成了梯形图编辑模块的设计，开发了软件界面，为用户提供了直观、方便、高效的梯形图编辑环境。提出了一种“以首行为中心”的编译模块转化方法。以梯级为基本单位，按PLC逻辑顺序逐单元进行编译，将梯形图映射成指令表，并可以生成以数字标识的PLC执行代码，编译效率高，执行速度快。以XK5032数控机床操作面板和控制柜内继电器为基本输入输出单元，对所研究的软PLC系统进行了初步实验，验证了研究工作的可行性和适应性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 课题背景及意义  9-11
    1.1.1 开放式数控系统软PLC的产生  9-10
    1.1.2 开放式数控系统软PLC的优势  10-11
  1.2 国内外研究概况  11-13
    1.2.1 国外研究概况  12-13
    1.2.2 国内研究概况  13
  1.3 课题研究的目的和意义  13-14
  1.4 论文的主要研究内容  14-15
2 软PLC关键技术和开发系统总体设计  15-26
  2.1 传统PLC的结构和原理  15-16
  2.2 软PLC硬件平台和操作系统的选择  16-19
    2.2.1 软PLC的基本特征  16
    2.2.2 软PLC控制系统硬件平台选择  16-18
    2.2.3 软PLC操作系统平台的选择  18-19
  2.3 软PLC系统结构的总体设计  19-21
  2.4 软PLC的标准编程语言  21-23
    2.4.1 IEC1131-3标准的特点  21-22
    2.4.2 IEC1131-3标准的组成  22-23
  2.5 面向对象编程技术的应用  23-26
3 软PLC运行系统的研究与实现  26-33
  3.1 运行系统搭载平台  26-27
  3.2 软PLC运行系统的硬件结构  27
  3.3 I/O接口模块  27-31
    3.3.1 硬件接口程序的实现  29-30
    3.3.2 接口板初始化  30
    3.3.3 开关量内存映像  30-31
  3.4 运行内核模块的关键技术  31-33
    3.4.1 定时方案  31-32
    3.4.2 分页技术  32-33
4 软PLC梯形图编辑功能的研究与实现  33-52
  4.1 梯形图的设计要求  33-34
    4.1.1 编程器的设计原则  33
    4.1.2 开发系统的梯形图指令  33-34
  4.2 类的设计  34-41
    4.2.1 编辑系统的类结构  34-35
    4.2.2 梯级类的设计  35-37
    4.2.3 元件库类的设计  37-41
  4.3 数据的保存类  41-43
  4.4 存储容器中元素的查找遍历  43-45
  4.5 软件PLC界面  45-46
  4.6 梯形图编辑器的实现  46-51
    4.6.1 “矩阵网格”和元件的选择  46-47
    4.6.2 梯形图的绘制  47-48
    4.6.3 元件的加载  48
    4.6.4 图形的编辑  48-51
  4.7 指令表编辑器的实现  51-52
    4.7.1 指令表语言的特点  51
    4.7.2 开发系统的指令表命令集  51
    4.7.3 指令表编辑模块的实现  51-52
5 软PLC编译功能的研究与实现  52-67
  5.1 系统编译器与传统编译器的比较  52-53
    5.1.1 传统编译器介绍  52-53
    5.1.2 本软件设计使用的编译模块  53
  5.2 以“首行为中心”的转化方法  53-54
  5.3 编译转化模块的设计  54-66
    5.3.1 语法分析部分  54
    5.3.2 独立输入输出单元划分  54-57
    5.3.3 垂直线判断分析  57-61
    5.3.4 并联内部递归模块  61-65
    5.3.5 输出递归模块  65-66
    5.3.6 元件间的逻辑关系  66
  5.4 编译转化结果  66-67
6 软PLC实验测试  67-71
结论  71-72
参考文献  72-74
附录A 中转接口板原理图  74-75
附录B 硬件接口程序部分代码  75-77
附录C 编译转化模块部分代码  77-80
附录D 实例界面  80-81
附录E 部分开关量连接图  81-82
附录F 符号位图资源表  82-83
附录G 梯形图指令表  83-84
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  84-85
致谢  85-86

数控系统软PLC的研究与开发

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