论文部分内容阅读
可编程逻辑控制器(PLC)作为现代自动化制造业中非常重要的控制设备,其性能的优劣直接影响工业控制自动化的水平。像我国这样制造业发展迅速的国家,PLC更是拥有着广阔的应用前景。但目前国内PLC市场被发达国家的生产厂商所占据,尤其在高性能PLC领域,国内的产品难以在竞争中立足。此外随着自动化控制要求越来越高,用户程序越来越复杂,现有PLC已无法满足工业控制系统的需求。因此在《“十二五”国家科技计划先进制造技术领域2013年度备选项目征集指南》中将高端PLC研发及应用列入了“系统控制”专项。其中开发高性能PLC系统成为目前工业控制领域研究的热点。本文围绕着如何构建高性能PLC系统进行研究并设计了基于FPGA硬件平台的高性能PLC系统。具体工作包括以下几个方面：1.在分析传统PLC系统基本结构和工作原理的基础上,提出了基于FPGA硬件平台PLC系统的总体设计方案。根据FPGA技术的特点,详细阐述了软硬件协同设计技术并对本设计的PLC系统进行了软硬件划分。2.设计了PLC上位机编译系统,主要包括编辑模块、编译模块和串口模块,其中重点对编译模块进行了研究。根据编译原理的知识,通过词法、语法、语义分析,最终生成中间代码,实现指令表语言的编译。3.对PLC下位机运行系统的硬件逻辑层进行设计。重点采用硬件逻辑描述语言对PLC系统的主要功能(如定时器、计数器等)进行设计,然后运用Nios Ⅱ软核中自定义指令技术将这些功能模块转化为CPU内部的一条单周期指令以提高处理速度。此外详细介绍了SOPC系统的定制过程。4.对PLC下位机运行系统的软件层进行设计,该部分通过Nios Ⅱ软核机制以及Nios II IDE工具对应用程序进行开发。在软件设计时,重点对运行系统的循环扫描过程进行了分析,阐述了扫描循环的实现过程。5.论文最后通过实验来验证整体系统。实验结果显示,本课题设计开发的PLC系统除实现了传统PLC的控制功能之外,还具有运行速度快的优点,较好的实现了设计目的。