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开放式数控系统软PLC运行系统的研究与开发

作　者: 王亚男
导　师: 陈婵娟
学　校: 陕西科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 开放式数控系统陶瓷快速成型机软PLC 编译模块运行系统
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着计算机技术在数控领域的不断应用，数控系统的软硬件资源得到了极大的丰富，开放式数控系统迎来了新的发展机遇，各种新的研究成果不断涌现。数控系统处理的信息可分为数字控制和顺序控制，其顺序控制(M、S、T功能)通常是由PLC(ProgrammableLogical Controller)来完成的。传统的硬件PLC体系结构封闭，无法满足开放式数控系统的要求，因此，软PLC的研究与应用越来越引起业界的重视。遵循国际电工委员会最新颁布实施的IEC61131-3标准，研究软PLC在数控系统中的应用，可以进一步增强开放式数控系统的功能。本文基于陕西科技大学数控实验室开发的新型陶瓷快速成型机数控系统，以实现该系统的顺序控制为目的，研究了符合IEC61131-3国际标准的软PLC的原理和开发技术。由于面向对象的C++语言具有类的封装、继承和多态性等优点，本课题采用Windows操作系统为开发平台，以Visual C++为开发工具，设计实现了新型陶瓷快速成型机数控系统软PLC的功能模块。论文主要从以下两方面进行了研究。第一，针对传统PLC的工作原理和结构，分析软PLC应该具备的功能，并在此基础上分析软PLC的总体框架，重点设计软PLC的开发系统的编译模块和运行系统。编译模块依据PLC指令表程序为源代码，运用Flex和Bison自动生成软件，将指令表程序经过词法分析、语法分析、语义分析最后生成的目标代码存储在设计好的译码结果缓存区中。第二，软PLC的运行系统的设计采用的是虚拟机的设计思路，模拟硬PLC的工作过程。软PLC虚拟机分为快慢两个逻辑程序，虚拟机实际上就是这两个逻辑程序的调度和切换。本文设计的虚拟机读入类似汇编语言的目标代码后利用汇编技术将目标代码转换为是机器码文件，虚拟机加载机器码文件进行解释执行。利用动态链接库技术（DLL）完成开发系统和运行系统的通信功能。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
1 软 PLC 技术概述  12-20
  1.1 课题的来源和研究意义  12-13
    1.1.1 课题来源  12
    1.1.2 课题研究意义  12-13
  1.2 软 PLC 技术介绍  13-16
    1.2.1 软 PLC(Soft—PLC)的产生背景  13-14
    1.2.2 软 PLC 技术简介  14-15
    1.2.3 软 PLC 的国内外发展现状  15-16
  1.3 基于 PC 控制系统分析  16-17
    1.3.1 基于 PC 控制的发展状况  16
    1.3.2 基于 PC 控制的优越性  16-17
  1.4 IEC61131-3 国际标准的分析与研究  17-19
    1.4.1 IEC6ll31-3 国际标准简介  17
    1.4.2 IEC61131-3 国际标准的优点  17-18
    1.4.3 IEC61131-3 国际标准的组成  18
    1.4.4 采用 IEC61131-3 国际标准的必要性  18-19
  1.5 本课题所做的主要工作  19-20
2 基于 PC 平台软 PLC 体系结构  20-28
  2.1 传统 PLC 的结构及工作原理  20-21
    2.1.1 传统 PLC 的结构  20
    2.1.2 传统 PLC 的工作原理  20-21
  2.2 软 PLC 工作原理及控制系统方案设计  21-24
    2.2.1 软 PLC 工作原理  21-22
    2.2.2 软 PLC 控制系统方案设计  22-24
  2.3 软 PLC 系统整体分析  24-26
    2.3.1 软 PLC 开发系统  24-25
    2.3.2 软 PLC 运行系统  25-26
    2.3.3 开发系统与运行系统的通信  26
  2.4 本章小结  26-28
3 软 PLC 开发系统中编译模块的设计与实现  28-40
  3.1 引言  28
  3.2 编译指令表语言的基本方法与步骤  28-30
  3.3 词法分析器的实现  30-31
  3.4 语法分析器的实现  31-34
  3.5 Flex 与 Bison 的结合方法  34-35
  3.6 语义分析及中间代码的实现  35-37
  3.7 目标代码的生成  37-39
  3.8 本章小结  39-40
4 软 PLC 运行系统虚拟机的设计  40-56
  4.1 基于 PLC 虚拟机的控制系统的组成  40-41
  4.2 虚拟机的构成  41-44
    4.2.1 系统管理器  41-42
    4.2.2 通讯管理器  42
    4.2.3 虚拟机的指令系统  42-44
    4.2.4 解释器  44
    4.2.5 编译器  44
  4.3 PLC 虚拟机各部分之间的关系  44
  4.4 PLC 虚拟机的任务调度的设计与实现  44-51
    4.4.1 任务调度的概念  44-46
    4.4.2 任务状态  46
    4.4.3 任务资源及其切换  46-51
  4.5 虚拟机程序运行资源模型的设计  51-54
    4.5.1 程序的数据类型和变量类型  51
    4.5.2 程序的文件结构  51-52
    4.5.3 程序的运行资源模型  52-54
  4.6 本章小结  54-56
5 软 PLC 运行系统通信接口模块的实现  56-62
  5.1 输入输出通信接口  56-57
    5.1.1 任务描述  56
    5.1.2 通信机制  56-57
    5.1.3 具体实现  57
  5.2 与开发系统的通信  57-60
    5.2.1 任务描述  57-58
    5.2.2 通信机制  58-60
  5.3 本章小结  60-62
6 软 PLC 虚拟机的测试  62-66
  6.1 虚拟机功能  62
  6.2 虚拟机使用说明  62-65
  6.3 本章小结  65-66
7 总结与展望  66-68
  7.1 总结  66
  7.2 展望  66-68
致谢  68-70
参考文献  70-72
附录 A  72-88
附录 B  88-98
攻读硕士学位期间发表的论文  98-99

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