基于PC的软PLC编程调试系统设计-开题报告

XX 工 学 院毕业设计( 论文)开题报告学 生 姓 名： 学 号：专 业： 机械设计制造及其自动化设计(论文) 题目： 基于 PC 的软 PLC 编程调试系统设计指 导 教 师:20xx 年 3 月 1 日毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000 字左右的文献综述文 献 综 述1.1 软 PLC 产生的背景及其概念长期以来，计算机控制和传统 PLC 控制一直是工业控制领域的两种主要控方法。PLC 自 1969 年问世以来，以其功能强、可靠性高、使用方便、体积小等优点在工业自动化领域得到迅速推广，成为工业自动化领域中极具竞争力的控制工具。伴随着计算机技术的迅速发展和广泛应用，人们逐渐认识到硬件 PLC 的种种弊端。首先由于生产厂商众多，各种机型互不兼容，没有统一的标准，在编程元件的种类、数目、编程语言等方面各不相同；其次，产品的功能实现依赖于硬件，数据结构相对封闭，用户难以自由改变或增添 PLC 的功能；第三，现行的 PLC 产品，其编程方式要求使用者对 PLC 的硬件结构、PLC 的电气原理、编程指令均要有相当的了解，这就不利于 PLC 的进一步推广和使用；第四，当 PLC 出现故障时，需由专业人员用专用工具检测硬件，再维修，可维护性差；同时，其昂贵的价格也严重制约其发展。1990 年美国国家制造科学中心(NCMC)提交了一份名“NextGenerationWorkstationMachine controller Requirement Definition Document”的报告，提出了 175 条未来制造业对 PLC 技术的要求。随后，欧共体提出了 OSACA(OpenSystem Environment for Controller)计划，对自动化生产领域的 PLC 提出了系统开放、公共协议标准化等新要求。1993 年，为了规范 PLC 编程语言，IEC(国际电工委员会)发布了 IEC61131-3 标准。IEC61131-3 标准的推出和实施，有力地推动了各种 PLC 间的兼容和统一，有力地推动了软 PLC 技术的发展。软 PLC 是一种基于 PC 机的软逻辑控制软件，它具有硬 PLC 在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特点，利用软件技术可以将标准的工业 PC 转换成全功能的 PLC 过程控制器。软件 PLC 综合了计算机和 PLC 的开关量控制、模拟量控制、数学运算、数值处理、网络通信、PID 调节等功能，通过一个多任务控制内核，提供强大的指令集、快速而准确的扫描周期、可靠的操作和可连接各种 I/O 系统及网络的开放式结构。它遵循 IEC61131-3 标准，支持多语言编程， 所以，软件 PLC 提供了与硬 PLC 同样的毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告功能，同时又提供了 PC 环境如 PC 机容量大、处理速度快、网络互联方便等 PLC 不具备的优点，是 PC 技术和 PLC 技术的结晶。1.2 研究软 PLC 的意义研究软 PLC 技术可以消除硬 PLC 本身具有的诸多不足之处，提高产品开发效率，使 PLC 性价比提高。应用于实际工程中后，将会极大提升企业的自动化水平和生产效率。基于 PC 的软 PLC，既有良好的人机交互功能，又有极快的数据处理能力和强大的网络功能。研究基于 PC 的软 PLC 控制系统，对降低成本、加强系统的开放性和推广软 PLC 在工业中的应用等具有很大的经济意义。1.3 国内发展情况在基础研究工作方面，国内许多高校和科研单位已经取得了一些成果。东南大学开发的面向 DCS 控制组态软件中包含一些软 PLC 功能，但不能离开 DCS 系统独立运行。华中科技大学机械系开发的数控内嵌式 PLC 具有软 PLC 的特点，但功能单一，不能作为独立系统运行，且无联网通讯能力。国家数控系统工程与研究中心开展了开放式数控系统中的软件 PLC 技术研究，提出了一种基于开放式数控系统的嵌入式软件 PLC子系统的实现方法，给出了一个软件 PLC 的结构模型，并对 PLC 的梯形图编程环境、梯形图与其他语言的相互转换、PLC 程序执行等软件部件的设计和开发进行了研究清华大学制造工程研究所研制了一种基于 RT Linux 实时操作系统的软件 PLC，既可作为一个模块单独在不同的 CNC 系统中工作，也可以嵌入到数控系统内部运行在同一台计算机上，其实时性和可靠性得到了验证。此外，其他一些学校也在这方面作了一些基础研究工作。在软 PLC 产品开发方面，现在国内已有一些有名的自动化软件公司正在研究开发具有自主知识产权的软 PLC 产品。广州蚁象自动化控制有限公司开发的 rPLC，就是一款较有影响的产品，已大体达到了外国软 PLC 的性能指标。广州蚁象公司 rPLC 的产品借助于 LINUX 操作系统，符合 IEC61131-3 可编程控制器的编程软件标准，完全具备 PLC 功能，能够轻松设计电气控制线，强大的网络功能，轻松接入以太网和组建 RS48_5 工业网络，并拥有跨平台远程控制功能，同时现阶段完全免费，有利于技术推广。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1.4 国外发展情况SOFTPLC 公司的 SoftPLC。SoftPLC 它是基于 PC 机的开放式控制软件，具有开放的控制平台，用户能够根据自己的需求来选择硬件。它能够作为嵌入式犯位实时多任务内核在 386，486，Pentium 其它 x86 兼容 CPU 平台上运行，能够控制多于 16K 个 1/0，支持数字、模拟及特殊的 UO，支持用户用梯形图和 C，C+、Java 等高级语一言来编写自己的函数。此外，SoftPLC 内嵌 VB 和 FTP 服务器，用户可进行远程维护和监控。SoftPLC 是一个独立于 Windows 的操作系统，从 DOS 将 SoftPLC 装入内存后，SoftPLC即可控制 CPU。SIEMENS 公司的 SIMATIC WinAC。SIMATIC WinAC 是基于 Windows 平台的控制软件，具有可视化人机界面，它将控制、数据处理、通信等技术集于一体。WinAC 能提供标准的 ActiveX 控件用于标准化软件包(如 Visual Basic 或 Office)对过程数据实时存取。WinAC 采用了 VenturCom 公司提供的实时操作系统作为 WindowsNT 的扩展，具有“硬实时”的特性。WinAC 具有开放的开发环境，支持用户在控制程序中嵌入 C/C+代码，能够访问外部硬件和软件组件。此外，它还具有在线调试功能，编程人员无须连接 PLC即可在本机实现 Step?程序、人机界面程序及通讯程序的在线调试。CJhternationl 公司的 ISaGRAF。ISaGRAF 能够在 windows，Win 一 CE，MS 一DOS，OS 一 9， QNX V4.25D，RTX，VxWorks 等多种操作系统下运行，具有良好的网络通讯能力，包括数据传输、远程监控和维护、在线调试、应用程序下载以及支持运行于多个目标上的控制程序间的通讯，并具有图形化开发界面，全面支持 IEC 一 61131标准的 5 种语言和流程图语一言，支持高级数学函数、矩阵、串操作、ODBC，DCS 函数，支持用户用 C 语一言编程，支持布尔型、数字型(整型、实型)、定时器型、多维矩阵以及数据结构和各种。除了上述典型产品外，还有许多自动化公司也推出了自己的产品，如 wellspring Solutions 公司的 OA2Control， GE FANUC 公司的 CIMPLICITY，Intellution 公司的Paradym 一 31，STEEPLECHASE SOFTWARE 公司的 VLC， Rockwell Automation 公司的SoftogixTM 5 Controller， Wonderware 公司的 InControl7.11，它们在技术和应用上都有各自的特点。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1.5 采用的工具软件的介绍ClassicLadder 是基于 GNU 的开源软件 PLC，遵循 IEC61131-3 国际标准，支持梯形图和指令表编程，其编程元件包含常用的硬 PLC 编程元件，并且支持硬件 SCADA、支持并口 I/O、支持 Modbus 串口和 TCP 以太网。运行于 RTLinux、RTAI 或 Xenomai 提供的实时空间，其界面友善、梯形图编程简单方便，用户界面采用 GTK+编写，其余功能模块均采用 C 语言编写，具有良好的实时性和开放性。ClassicLadder 开发环境分为界面模块、逻辑运算模块、文件操作模块、通信模块。界面模块主要完成用户程序的编辑，参数设置，文件管理，运行状态显示等 ClassicLadder 的图形界面采用的是基于 LGPL授权的开放源代码软件 GTK+(GIMP TOOLKIT)作为开发工具，GTK+作为面向对象的 C 语言开发框架(C Frame- work)，其图形库使用了一系列的构件对象来创建图形用户接口，可以解决复杂的控制和计算问题，也可根据需要自定义功能强大的数据结构。ClassicLadder 界面主要由元件库模块、编辑区模块和仿真模块 3 部分组成。1.6 研究任务本课题以软 PLC 为研究目标，具体分析软 PLC 运行系统相关技术的实现，具体任务如下：（1）了解 Linux 系统，能够熟练地安装系统、掌握基本的操作确保ClassicLadder 能够正常运行。（2）详细分析软 PLC 系统设计相关的技术和所应遵循的标准。（3）分析支撑软 PLC 系统的各种软硬件平台。（4）分析 IEC61131 一 3 编程语言标准以及参考各种 PLC 系统指令，实现软 PLC运行系统的指令系统。（5）编写一段程序演示研究成果（如：电梯、红绿灯） 。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告参考文献1 陈凤兰，孙竹梅.软 PLC 技术的发展趋势与应用前景：电力学报，2006(2)2 黄延延，林跃，于海斌.软 PLC 技术研究及实现.计算机工程，2004(1)3 周峰，王新华.软 PLC 编辑系统的设计与实现.计算机工程与应用，2005(7)4 刘家亮，钟庆，黄树槐.软件 PLC 的设计与实现研究.电子机械工程，2001(2)5 马玉敏，樊留群，李辉.软 PLC 技术的研究与实现.机电一体化，2005(3)6 张戟，王丽丽，沈显明.基于 PC 的 PLC-Soft PLC 电气传动自动化,2000,(3)7 彭瑜.关于 IEC 61131, PLC 和软 PLC 的一些观点一在中国的过去、现在和未来趋势.国内外机电一体化技术，2003( 8) 8 李坚强,裴海龙,廖俊.基于 Linux 系统的软 PLC 设计. 制造业自动化, 2005(11)9 张承瑞,程荣亮,王恒.面向对象技术在软件 PLC 编译器中的应用.计算机工程, 200410 张凤丽.基于 Linux 的开放式数控系统界面开发及通讯研究.山东:山东大学, 200811 麦向习,裴海龙.基于 Linux 及 Tcl/Tk 的数控系统人机界面的实现.计算机应用究, 2006(2)12 Williams, D. IEC61131-3-Asystem integrators view. 1999(8)13 AgustinmRullan,Ph.D.ProgrammableLagieControllersversusPersonalComputersforProcessControl.Computers&IndustrialEngineer,1997(33):421-42414 SoftPLC Corporation.http:/www.softplc. com毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告2 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）1、课题研究解决的问题：（1）了解 Linux 系统，能够熟练地安装系统、掌握基本的操作。（2）详细分析软 PLC 系统设计相关的技术和所应遵循的标准。（3）分析支撑软 PLC 系统的各种软硬件平台，合理选择并构建软 PLC 系统的软硬件平台。（4）分析 IEC61131 一 3 编程语言标准以及参考各种 PLC 系统指令，实现软 PLC运行系统的指令系统。（5）编写一段程序演示研究成果。2、拟采用的研究方法：通过查找资料加深对课题的理解，了解 Linux 系统安装开源软件 ClassicLadder，对其进行分析研究，通过工具 VC+进行编程。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1 对“文献综述”的评语：所查阅文献与毕业论文选题一致；所阅读的文献数量（包括中外文文献资料）符合要求；所作综述思路基本清淅，结构合理，观点明确；2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：毕业论文选题符合所学专业方向和专业要求；研究内容切合社会经济发展实际；课题有一定的深度，需要该生认真研究，通过方案设计论证，建模仿真等环节，最终可以完成实物制作。指导教师： 年 月 日所在专业审查意见：负责人： 年 月 日