软plc运行系统的硬件结构设计与实现new

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1、万方数据第32卷第8期2006年8月北京工业大学学报JOURNAL0FBEUINGUNIVERSITY0FTECHNOLOGYV01．32No．8Aug．2006软PLC运行系统的硬件结构设计与实现王新华，周峰，李剑锋，肖峰(北京工业大学机械工程与应用电子技术学院，北京100022)摘要：为了配合在Pc机上运行的软PLc编辑开发系统，使Pc机完成相应的控制功能，研究和设计了软PLc运行系统．论文简述了软PLC的体系结构及运行系统的功能，详细介绍了软PLc运行系统的硬件结构和开发过程，给出了硬件系统的PcB电

2、路板图．在设计过程中对整个电路采取了电磁兼容性处理，减小了信号间及外部干扰源的干扰．实验表明，设计的下位机能很好地实现通信与控制功能，关键词：PLc；运行系统；硬件；模块；设计中图分类号：TP227文献标识码：A文章编号：0254～0037(2006)08～0745—05软PLC(PlIogrammableLo百cC0ntroller)控制技术也称Softlogic和基于PC的控制技术，它是基于软件和硬件在逻辑功能上等效的思想‘1-21，借助PC机的丰富资源，采用开放式体系结构，通过软件来实现传统PLC的硬

3、件所完成的功能，具有良好的网络通讯能力，能完成比较复杂的控制任务，满足和实现工业自动化领域对控制系统开放性和柔性的要求，是目前国际工业自动化领域中出现的一门新型控制技术‘3-4

4、，在冶金、电力、石油化工、机械、轻工、船舶、航空等领域具有十分广阔的应用前景．软PLc运行系统的功能软PLc的体系结构与传统PLc的结构类似，也是由编辑开发系统和运行系统2部分组成．编辑开发系统完成PLC程序的编辑、编译、仿真和监控；运行系统完成程序的运行和实现对I／O接口的控制，又称下位机，如图1所示．软PLC运行系统的主要功能b

5、1有以下几个方面：1)下位机能与PC机进行串行通讯；2)PC机能通过以太网对下位机进行监控；3)下位机能作为一个企业l开发系统If运行系统}信／1—八{圈P{圈l息＼n／系统图1软PLc系统的结构原理图Fig．1StructuraldiagramofSoftPLCsyStem独立的系统运行；4)下位机能接收并解析Pc机发来的指令，并按指令对外设进行控制；5)下位机可以通过串口对外设进行控制．2软PLc运行系统的硬件开发软PLC运行系统的硬件开发采用模块化设计，既能保证每一模块的独立性，又可实现各个模块之间相

6、互联系．2．1硬件结构根据硬件系统需要达到的功能，硬件系统主要由4个模块组成，收稿日期：2006一05—10．基金项目：北京市自然科学基金资助项目(3012004)．作者简介：王新华(1969一)，男，山东德州人，副教授万方数据746北京工业大学学报2006年2．1．1MCU模块由单片机、晶振和复位模块组成，是下位机的中央处理模块，负责控制下位机的运行．2．1．2网络通讯模块由NIC网络接口控制器、埘一45和网络变压器、网络接口插座模块组成，实现MCU与以太网的通信．2．1．3串行通讯模块由串口电平转换模块

7、和串口插座模块组成，负责MCU模块与PC机和外部设备的串行通讯．2．1．4其他模块主要包括：电源模块，负责给整个下位机系统供电；I．ED模块，作为MCU的外部设备，以演示PLC程序的逻辑；LcD模块，显示一些必要的信息．软PI。C运行系统的结构原理，如图2所示．2．2硬件设计MCU广—=■=-1．数字I／oI一(熊)RS232PC机或其．异步串口l串行口他外部设备12C接口———一E：PRol数字I／o目裂IPc机l数字I／o_J网络接口U网络接口l弋刍I控制器ll收发器I图2软PI￡运行系统结构原理图Fi

8、g．2Structuraldiagramof蹦tPLCoperationsyst咖2．2．1模块设计2．2．1．1MCU模块设计1)MCU模块．MCu模块选择MicrochipTechnology公司生产的PICl8F452微控制器．该芯片具有32kBFLASHROM、1536BRAM和256B非易失性E2PROM以及33个I／O口，采用哈佛总线和精简指令集，指令执行速度可达1．0×107IPS，低价的开发系统MPLABICD2和高质量的C语言编译器MPLABC18．2)MCU晶振．PICl8F452支持最

9、高40MHz的振荡频率，选择19．6608MHz晶振，以满足很大范围的串行波特率，符合系统串行通讯的要求，与之匹配的电容选择30pF．3)E2PROM的选择及电路设计．主要作用是存储网页，选择ATMEL公司生产的A配4C512两线12C串行E2PROM．芯片的SCL和SDA分别接PICl8F452的RC3(12C时钟I／o口)和RC4(12C数据I／O口)．由于12C的时钟和数据线都是双向的，且带有开放式收集器的