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基于Cotrex-M3的软PLC技术的研究

作　者: 林江静
导　师: 高明煜
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 软PLC STM32 梯形图中间语言标准C语言
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

可编程控制器(Programmable Logic controller，简称PLC)结合了计算机通用、灵活、功能强大和继电器控制装置价格低廉、操作简便的优点，以其高速度、高可靠性而受到工业自动化控制领域的欢迎。但是，随着计算机、网络通讯、微处理器等技术的迅速发展，当今的工业控制过程越来越复杂，要求也越来越高，更趋向于分散化和个性化。固定单一的硬件和封闭的编程方式阻碍了PLC自身的发展，为了克服传统PLC的这些不足，且伴随着IEC61131-3国际编程标准的颁布，软PLC技术应运而生，极大地促进了PLC向开放性和通用性的发展。本文通过对国内外软PLC技术的研究，实现了符合IEC61131-3编程标准的梯形图到标准C语言的转换算法，并选择以Cortex-M3为内核的STM32作为本平台的处理器。通过调用STM32的C编译器对梯形图生成的C目标代码和底层驱动函数进行联合编译并下载至硬件平台运行，实现了PLC的基本功能。目前，市场上几乎所有的单片机和ARM处理器都支持C语言，我们仅需要修改少量的驱动函数，就能够将本平台的梯形图程序移植到其它平台上使用。处理器可根据硬件需求和成本等因素灵活选择，实现了真正的平台开放，并且极大得缩短了项目开发周期。本文的工作主要包括以下几点：1.介绍了传统PLC和软PLC的体系结构和工作原理，并对本系统的需求进行了分析，确定了各个模块的具体功能。2.对上位机编辑界面进行了设计，为用户提供了良好和人性化的编程环境。3.介绍了各梯形图元件的功能，分析了梯形图复杂的分支结构关系，并在此基础上为梯形图的元件、串并联结点和梯级设计了相应的数据结构。4.实现了梯形图的具体编辑操作算法，如元件的查找、添加和删除，梯形图程序的保存和读取等。5.设计了一种中间语言，并实现了梯形图程序到中间语言的转换。这种中间语言不仅能够直接转换成C语言，还可以转换成C++等高级编程语言，为本平台的后续优化和功能扩展提供了良好的接口。6.实现了中间语言到标准C语言的转换。7.通过设计一个小型的滴灌系统，对本系统硬件和软件平台进行了全面的验证。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-17
  1.1 课题研究的背景和意义  11-14
    1.1.1 PLC 技术的产生与发展  11-13
    1.1.2 传统 PLC 技术存在的问题  13-14
  1.2 软 PLC 技术的产生  14
  1.3 课题研究的国内外现状  14-15
    1.3.1 国外研究现状  14-15
    1.3.2 国内研究现状  15
    1.3.3 软 PLC 技术的发展趋势  15
  1.4 课题研究目的和论文内容安排  15-17
第2章软 PLC 开发平台的总体设计  17-25
  2.1 传统 PLC 的结构和工作原理  17-19
    2.1.1 传统 PLC 的硬件体系结构  17-18
    2.1.2 传统 PLC 的工作原理  18-19
  2.2 软 PLC 系统的结构和工作原理  19-21
    2.2.1 软 PLC 系统的结构  19-20
    2.2.2 软 PLC 系统的工作原理  20-21
  2.3 PLC 编程语言的选择  21-22
    2.3.1 IEC61131-3 国际标准简介  21
    2.3.2 梯形图重点概念及编程规则介绍  21-22
  2.4 本系统的需求分析和软件总体架构  22-24
  2.5 本章小结  24-25
第3章 PLC 编辑器的设计与实现  25-43
  3.1 梯形图编辑界面的设计  25-28
    3.1.1 主框架的创建  25-27
    3.1.2 菜单栏的设计  27
    3.1.3 工具条的设计  27-28
    3.1.4 其它部分的设计  28
  3.2 梯形图元件介绍  28-32
  3.3 梯形图图符的生成与显示设计  32
  3.4 梯形图数据结构的设计  32-34
  3.5 梯形图程序的编辑操作  34-42
    3.5.1 当前元件可执行操作的判断  34-35
    3.5.2 元件的选定与查找  35-37
    3.5.3 元件的添加和梯级结构修正  37-40
    3.5.4 元件的删除和梯级结构修正  40-42
  3.6 本章小结  42-43
第4章 PLC 梯形图到标准 C 语言转换的实现  43-57
  4.1 梯形图到中间语言转换的关键数据结构  43-44
  4.2 梯形图到中间语言转换的具体实现  44-45
  4.3 中间变量在 C 文件中的声明和定义  45-47
  4.4 中间语言到标准 C 语言转换的实现  47-48
  4.5 底层驱动函数介绍  48-50
  4.6 编译的实现  50-51
  4.7 功能模块验证  51-56
    4.7.1 I/O 模块验证  51
    4.7.2 逻辑判断功能验证  51
    4.7.3 AD 采样、串口、算术运算功能模块验证  51-53
    4.7.4 查找表功能验证  53-54
    4.7.5 分段线性表功能验证  54-56
    4.7.6 PWM 功能模块验证  56
  4.8 本章小结  56-57
第5章 PLC 硬件平台设计及调试  57-69
  5.1 处理器的选择  57
  5.2 硬件资源配置及外围电路设计  57-63
    5.2.1 I/O 资源分配  57-58
    5.2.2 PWM 输出通道设计  58-59
    5.2.3 ADC 模拟通道设计  59-62
    5.2.4 串口配置  62-63
  5.3 PCB 及抗干扰设计  63-64
  5.4 设计举例：自动滴灌系统  64-68
    5.4.1 湿度检测模块  64-65
    5.4.2 定时器模块  65-66
    5.4.3 手动控制模块  66-67
    5.4.4 自动控制模块  67-68
  5.5 本章小结  68-69
第6章总结与展望  69-70
  6.1 论文的成果总结  69
  6.2 课题展望  69-70
致谢  70-71
参考文献  71-73
附录  73-74
详细摘要  74-78

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