開放式可編程控制器的設(shè)計(jì)

目前，國(guó)內(nèi)用戶選用的可編程控制器(PLC)仍以國(guó)外產(chǎn)品為主，造成這種局面的一個(gè)重要原因是歐、美、日等發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家掌握了高端PLC的核心技術(shù)，其硬軟件技術(shù)對(duì)應(yīng)用者來(lái)說(shuō)完全是封閉的，使用者只能從應(yīng)用的角度學(xué)習(xí)PLC，而不能參與PLC的開發(fā)[1-2]。近年來(lái)，IEC61131-3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的頒布和實(shí)施為各PLC生產(chǎn)廠家提供了統(tǒng)一的軟件開發(fā)準(zhǔn)則，開放的高性能單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為硬件開發(fā)提供了有效的物質(zhì)基礎(chǔ)[3]。在這樣的背景下，研制開放的PLC系統(tǒng)無(wú)論對(duì)于科學(xué)研究還是促進(jìn)PLC行業(yè)的發(fā)展都有積極的現(xiàn)實(shí)意義。
　PLC是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件主要由中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口等組成[4]，其硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1 開放式可編程控制器
　開放式PLC硬件結(jié)構(gòu)采用CPU+外圍模塊+接口構(gòu)成，各個(gè)接口都按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，大大提高了PLC的開放性，使其能方便地與大系統(tǒng)連接。編程語(yǔ)言遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-3，并將基于PC的編程軟件作為PLC首選編程工具。系統(tǒng)硬件部分采用高性能51內(nèi)核處理器STC89C51，其為模塊化設(shè)計(jì)，采用濾波、隔離電路，以降低成本。主要電路有：微控制器STC89C51RC、開關(guān)量輸入電路、繼電器輸出電路、晶體管輸出電路、RS232通信接口電路、電源電路、時(shí)鐘復(fù)位電路和USB通信接口電路等，PLC硬件系統(tǒng)框圖如圖2所示，軟件采用Borland公司集成開發(fā)軟件C++ Builder，通過(guò)集成平臺(tái)對(duì)51內(nèi)核處理器指令集進(jìn)行解釋、編譯，使梯形圖語(yǔ)言轉(zhuǎn)換為能被51內(nèi)核處理器識(shí)別的代碼。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
　可編程控制器單片機(jī)部分電路圖如圖3所示。

　USB通信部分選擇Philips公司的PDIUSBD12[5]芯片作為系統(tǒng)的USB接口器件，片內(nèi)集成了高性能USB接口電路、SIE、FIFO存儲(chǔ)器、收發(fā)器以及電壓調(diào)整器等，可與任何外部控制器或微處理器實(shí)現(xiàn)高速并行通信，其速率為2 Mb/s，完全能夠滿足設(shè)計(jì)所要求的數(shù)據(jù)傳輸速度。USB通信接口模塊電路如圖4所示。