基于以太网的嵌入式软PLC通信体系设计-论文.pdf

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1、第1期(总第182期)机械工程与自动化No．12014年02月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONFeb．文章编号：1672—6413(2014)01—0034—03基于以太网的嵌入式软PLC通信体系设计庞伟，龙辛，黄波。(1．湘潭大学信息工程学院电气工程系，湖南湘潭411105；2．湘电风能有限公司．湖南湘潭4ll105；3．长沙优利泰克自动化信息技术有限公司，湖南长沙410000)摘要：采用FPGA和W5100芯片搭建了嵌入武软PLC网络系统，主控制核心模块采用了PowerPC和FPGA的主从处理器模式．实现了数据的分工处理，克服了以往单CPU工作时系统资源占

2、用率过高的问题。在此开放式硬件平台下．设计了基于时间片轮询的稳定可靠分时数据通信系统；为了适应具有不同网络协议设备的控制需求。系统内部集成了CANopen、Modbus／TCP等协议。最后。对通信系统进行了相关测试。实验结果表明，系统通信正常。且具有很好的实时性和稳定性。关键词：以太网；软P1C；通信体系中图分类号：TP273文献标识码：A0引言为0x80800000，最大访问空间为64kB。目前国内软PLC市场上，大部分都是基于匦圈EtherCAT协议实现的通讯系统，其价格昂贵，且在协DM／DS议使用上还需要得到beckhoff公司的授权。本文设厂I串—]计的基于以太网的嵌入式软PLC通信

3、系统，在硬件上I臼l采用了FPGA和w5100的形式，结构简单且易于实．．．l!l现；在通信协议上采用了UDP协议，用户通过PC机厂：网络即可对软PLC系统进行仿真、控制等操作，系统、llJ开放性很好；同时实现了工业控制领域常见的通信协图1软PLC系统模块设计框图议，系统级联拓展能力更加强大。EPc核PRHc1k．_JSysclkW51001软PLC系统设计与实现PRHWrn／wR在整个系统平台设计过程中，遵循了模块化的设PRHRr“／RD计理念。如图l所示，整个系统包含主控模块和I／ORPHAddrADDRO—ADDR1PRHDataDATAO-DATA7模块两类，所有模块都是在网络数据模

4、块(DM／DS)的PRHCsI1／cs基础上拓展实现，其中DS(DataSlaver)位于I／O模块PRHRDY"-1Vdd上，而DM(DataMaster)位于主控模块上，其主要由图2XPS_EPC核与W5100的整体连接结构FPGA最小系统和网络芯片W5100构成，同时拓展了1．2内部数据交互协议设计用于系统调试作用的串口和固化FPGA程序的SPI在基于全网络的系统架构下，其数据交互都是通FIASH。过网络进行。数据交互框图如图3所示，整个系统采1．1系统硬件平台设计用B／S的通信架构模式，CPU作为系统服务端，I／O在具体的硬件平台设计过程中，FPGA和W5100模块作为客户端，通信协

5、议采用UI)P的形式。为了之间由外设控制器XPS—EPC软核连接，通过配置方便FPGA上服务程序的实现，系统集成了XPS—EPC相关的参数，FPGA可以访问W5100芯片。MicroBlaze软核，编码环境与C语言一致。图2为XPS—EPC核与W5i00的整体连接结构图。在CPU模块上，系统采用了主协处理器的架构将XPS—EPC核添加到系统中，并连接在PLB总模式。协处理器负责数据的收发；主处理器负责对数线上，同时在ISE中配置XPS—EPC的起始访问地址据进行加工处理，供软PIC控制系统读取。为了方便收稿口期：20l3—0428；修回日期：2013—06—28作者简介；庞伟(1988一)，

6、男．湖南韶山人，在凑硕上研究生，研究方向：新能源发电系统。2014年第1期庞伟，等：基于以太网的嵌入式软PLC通信体系设计·35·主协处理器间的数据交互，系统在协处理器上开辟了{配置信息请求包、周期1S16kB的共享数据区，其按一定的格式将I／O模块相}关数据映射到该空间。if(((timesliee-3)500)一=O)DMDS共I／O数据包发送处理50ms主处理器且数享涠皿I存1CPU据I．储．．区if(((timesliee-4)10)一：0)区协处理器i／o模块图3数据交互框图数据包接收处理1ms}I／O模块为整个硬件平台重要的组成部分，主要2外部通信协议设计负责信号的输入输出。根据

7、本课题设计的网络构架，2．1CANopen协议每个I／O模块都有独立的CPU为其服务。I／O模块本文设计的CANopen主站采用实时操作系统定义了两种不同的工作模式：INIT模式(初始化模Vxworks，主控采用MPC828O处理器，CAN控制器选式)、w0RKING模式(正常工作模式)。上电后，模块用了飞利浦公司生产的SJA1000芯片，同时集成了基进入初始化状态，该状态下模块完成自身硬件和软件于CoDeS