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基于ARM+FPGA架构高性能PLC的研究与设计

周伟强  
【摘要】:可编程逻辑控制器(PLC)作为一种工业控制器,拥有结构简单、编程方便、性能优异和应用方便等特点,因此近年来针对PLC的开发与应用越来越广泛。其中,扩展总线是PLC主机同扩展模块之间的高速数据通路,其技术水平决定了PLC产品的扩展能力,是PLC设计制造的核心技术。而随着应用复杂度的提高,对PLC的实时性也提出了更高的要求。如一些工业应用需要过百乃至近千的I/O点数,过多的点数使得PLC的实时性下降,从而有可能产生许多稳定性问题。本文根据PLC的功能需求,设计了一款基于ARM+FPGA架构的高性能PLC,为其搭配了一种具备硬件地址自动分配功能的高实时性扩展总线,同时为这款PLC开发了一个相匹配的梯形图编程系统。本文的工作主要包括以下几个方面:1)研究了多种PLC的硬件体系架构,分析了不同体系架构的特点,提出了一种基于ARM+FPGA架构的高速易扩展PLC。2)详细分析了PLC梯形图中存贮数据逻辑结构,采用基于多叉树的梯形图向指令表转换算法,提高了转换算法的遍历效率和通用性;使用C#作为开发语言,设计开发了PLC梯形图编程系统,实现了PLC梯形图的编辑、编译和通信装载功能。3)综合分析了各类PLC扩展总线的特点,提出了一种具备硬件地址自分配特性的高实时性扩展总线,确定了PLC硬件运行平台总体方案,设计了PLC主机模块、典型的IO模块、模拟量模块和通信模块;实验测试结果表明了方案可行性,以及系统扩展的方便、灵活性和实时、可靠性。


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