面向数控系统的软PLC开发系统研究
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摘要
开放式数控系统是当前数控技术研究的热点。在满足高速高效高精度及智能化等性能的同时，其功能的发展也要求越来越强。具体体现在尽量用软件来实现数控的所有功能，使硬件规模达到最小化。作为整个运动控制核心的机床逻辑控制也必然要以软件的形式来实现，这样就促进了软PLC的发展。因此对其展开研究，具有重要的理论和实际意义。
本文研究的软PLC技术是目前工业自动化领域逐渐兴起的一项基于PC的新型控制技术。它具有强大的数据处理能力和网络通讯能力，并具有开放的体系结构，能较好地满足现代工业自动化的要求。
本文首先介绍PLC、软PLC和当今研究的热点—PAC。并对它们作了相应的比较。然后阐述了SERCOS接口技术、SoftSERCANS和SERCANS。在此基础之上，论文详细说明软PLC系统的结构，并针对PLC的编程标准，给出一种软PLC编程开发系统的实现方法。本文用VC++6.0研究开发的编程开发系统集成梯形图和指令表的编辑与编译功能，编译功能包含梯形图向指令表的转换，指令表向梯形图的转换，梯形图和指令表的错误处理，以及指令表向目标代码的转化。论文详细介绍了实现中用到的数据结构和算法，并结合实例对功能进行了验证，表明系统能够正确地实现编辑和编译一体化运行的功能，得到最终预定格式的目标代码。
为了配合在PC机上运行的软PLC编辑开发系统，使PC机完成相应的控制功能，本文研究和设计了软PLC运行系统。论文详细介绍了软PLC运行系统的硬件结构和开发过程。它基本能完成软PLC运行系统的5个主要功能。
Open numerical control system is the research hotspot of NC technology now. With the development of the performance of high speed, high efficiency, high precision and intelligence, more and more functions which makes the software carry out all of the NC functions and minimize the scale of hardware are demanding. Machine logic, the kernel of the whole motion control, is necessarily realized through software too, which accelerates the development of SoftPLC. As to it's therefore launch a research, have important theories with actual meaning.
The softPLC technique of this paper research is a newly arising control technique in the field of industrial automation&control technology based on PC. It has a great many advantages of open control system, stronger data processing and network communication capacity compared with traditional PLC, and meets need of modern industrial automation.
This paper first introduced PLC, softPLC and PAC-The heat that studies nowadays order. Made to correspond to them also of comparison. Then introduced SERCOS interface, SERCANS and SoftSERCANS. At this foundation on, the paper introduces the architecture of SoftPLC system and presents a method for realizing the SoftPLC programming system according to programming standard. This programming developing software of this paper research development develops with VC++6.0 includes the functions of ladder diagram(LD) and instruction list(IL) editing and compiling,the compiling function includes the transition from LD to IL, the transition from IL to LD, handling for LD and IL programming syntax error, and the transition from IL to objective code. The data structure and algorithm being used is introduced in detail in this paper. A program example is used for validating the function, it proves that the editing and compiling function of system can work jointly correctly, and the objective code according to the prescribed format is obtained.
In order to coordinate with SoftPLC developing system running on PC to carry out corresponding control function,an running system of SoftPLC is designed and developed. The paper introduces in details hardware structure and development process of its operation system. It is basic to complete 5 main functions that the softPLC running system.
本文研究的软PLC技术是目前工业自动化领域逐渐兴起的一项基于PC的新型控制技术。它具有强大的数据处理能力和网络通讯能力，并具有开放的体系结构，能较好地满足现代工业自动化的要求。
本文首先介绍PLC、软PLC和当今研究的热点—PAC。并对它们作了相应的比较。然后阐述了SERCOS接口技术、SoftSERCANS和SERCANS。在此基础之上，论文详细说明软PLC系统的结构，并针对PLC的编程标准，给出一种软PLC编程开发系统的实现方法。本文用VC++6.0研究开发的编程开发系统集成梯形图和指令表的编辑与编译功能，编译功能包含梯形图向指令表的转换，指令表向梯形图的转换，梯形图和指令表的错误处理，以及指令表向目标代码的转化。论文详细介绍了实现中用到的数据结构和算法，并结合实例对功能进行了验证，表明系统能够正确地实现编辑和编译一体化运行的功能，得到最终预定格式的目标代码。
为了配合在PC机上运行的软PLC编辑开发系统，使PC机完成相应的控制功能，本文研究和设计了软PLC运行系统。论文详细介绍了软PLC运行系统的硬件结构和开发过程。它基本能完成软PLC运行系统的5个主要功能。
Open numerical control system is the research hotspot of NC technology now. With the development of the performance of high speed, high efficiency, high precision and intelligence, more and more functions which makes the software carry out all of the NC functions and minimize the scale of hardware are demanding. Machine logic, the kernel of the whole motion control, is necessarily realized through software too, which accelerates the development of SoftPLC. As to it's therefore launch a research, have important theories with actual meaning.
The softPLC technique of this paper research is a newly arising control technique in the field of industrial automation&control technology based on PC. It has a great many advantages of open control system, stronger data processing and network communication capacity compared with traditional PLC, and meets need of modern industrial automation.
This paper first introduced PLC, softPLC and PAC-The heat that studies nowadays order. Made to correspond to them also of comparison. Then introduced SERCOS interface, SERCANS and SoftSERCANS. At this foundation on, the paper introduces the architecture of SoftPLC system and presents a method for realizing the SoftPLC programming system according to programming standard. This programming developing software of this paper research development develops with VC++6.0 includes the functions of ladder diagram(LD) and instruction list(IL) editing and compiling,the compiling function includes the transition from LD to IL, the transition from IL to LD, handling for LD and IL programming syntax error, and the transition from IL to objective code. The data structure and algorithm being used is introduced in detail in this paper. A program example is used for validating the function, it proves that the editing and compiling function of system can work jointly correctly, and the objective code according to the prescribed format is obtained.
In order to coordinate with SoftPLC developing system running on PC to carry out corresponding control function,an running system of SoftPLC is designed and developed. The paper introduces in details hardware structure and development process of its operation system. It is basic to complete 5 main functions that the softPLC running system.
引文
1 戴晓华，王文．开放式数控系统研究综述．组合机床与自动化加工技术，2000，(11)：5-7
2 G. E. Herrin. Titile Ⅲ-Open Architecture Controller Froject. Modem Machine Shop, 1995,(8): 156-158
3 许世法，秦付军．基于PC的开放式软PLC技术．仪器仪表标准化与计量，2006，2(21)：56-58
4 刘美俊．综述——基于PC的开放式软PLC技术．机床电器，2006，(1)：45-47
5 欧阳三泰，周琴，欧阳希．软PLC控制技术综述．电气传动，2005，35(9)：52-54
6 李爱平，张建国．NC嵌入PC型开放式数控系统的研究．组合机床与自动化加工技术，2001．(12)：56-58
7 康存锋，陈卫福，黄旭东等．基于PC的开放式数控系统．北京工业大学学报，2001，27(3)：23-24
8 K. Yamazald, Y. Hanachi. Autonomously Proficient CNC Controller for HighPerformance Machine Tolls Base on An Open Architecture Concept. Annals of the CIRP. 1997,(46):257-278
9 林弈鸿，李小力．开放式数控系统的构造、界面与协议．中国机械工程，1998，(5)：28-30
10 潘存强，工从鹤，程先华，等．数控技术的新发展——开放式数控系统．宝钢技术，2002，(4)：12
11 周峰，王新华，李剑峰等．软PLC技术的发展现状及应用前景．计算机工程与应用，2004，(24)：23-25
12 李坚强，裴海龙，廖俊．基于Linux系统的软PLC设计．制造自动化，2005，27(11)：56-57
13 游有鹏，董伟杰．开放式数控系统——新一代NC的主流．中国国际机床展先进制造技术专稿，1999：35-36
14 廖德岗．开放式数控系统的研究及其发展现状．机械，1999，26(3)：13-15
15 洪钟洲．创建开放式数控系统是我国制造业发展的需要．机电一体化，2000，(2)：9-11
16 高金刚，陈建春，刘雄伟．数控系统的软PLC系统开发．计算机测量与控制，2004，(12)：3
17 H. Scottc. The SERCOS interface standard. Gear Technology,1996,(5):11-15
18 熊巍，杨建武，陈卫福．基于Sercos和软PLC的全电子注塑机运动控制系统解决方案．微计算机信息(测控自动化)，2005，21(12)：33-36
19 林小峰，陈斌，许光泞．一种基于工业PC的软PLC控制系统．微计算机信息(测控自动化)，2005，21(1)：11-12
20 S. Kommareddy, Y. Kazuo and K. Yoshihito. PC-Basd Open Architecture Servo Controller For CNC Machining. Yoshihito IMS-Mechatrinics Laboratory, 2001,5(2):56-58
21 冉蜀阳．PLC通用控制编程的IEC1131．机床电器，1994，(3)：21
22 胡德森．PLC发展动向．工艺与装备．1997，14(6)：18-19
23 林海波．PLC编程技术探讨．长春工程学院学报(自然科学版)，2001，2(3)：70-72
24 黄延延，林跃，于海斌．软PLC技术研究及实现．计算机工程，2004，30(1)：32-34
25 顾战松，陈铁年．可编程控制器原理与应用．北京：国防工业出版社，1999：17-18
26 缪谦．可编程控制器(PLC)使用经验谈．微计算机信息，2000，16(3)：63-64
27 柳梁．可编程控制器(PLC)入门(一)．计算机时代，1996，(5)：33-34
28 马玉敏，樊留群，李辉等．软PLC技术的研究与实现．机电一体化，2005，(3)：67-69
29 关于IEC 61131、PLC和软PLC．中国工业设备网，2005，(6)
30 林海波．PLC编程技术探讨．长春工程学院学报(自然科学版)，2001，2(3)：70-72
31 Todd Walter．PAC—新一代工业控制系统．NI中国，2005 8
32 彭瑜．传统PLC、现代PLC和PAC的异同和各自的应用比较．上海工业自动化仪表研究所，2006年5月
33 Specification SERCOS Interface.Interests Group SERCOS,e.V.2001,2(2):45-48
34 P. Lutz, G. Rogers. SoftSERCANS and SERCOS interface Competency Centers.ISW, University of Stuttgart,2000,(5):67-69
35 梁宏斌，王永章．SoftSERCANS技术及其在数控系统中的应用．计算机集成制造系统，2004，10(11)：24-27
36 白艳艳．基于SERCOS接口的开放式数控体系中的软PLC系统．机械管理开发，2005，(4)：76-77
37 R. Larsen. SERCOS interface—International Standard Bus for Motion Control. S-ERCOS N.A,January 2002,(6):45-48
38 D.A. Dan. Motion's Digital Future. Motion Control,2001,(6):78-79
39 M. Ando. Thriving in the Age of IT. Motion Control,2000,(4):56-58
40 SERCOS Input/output Unit. Rexroth Indramat,2000,(6):33-36
41 G. EIIis. Comparison of Drive and Controlled Architecture: SERCOS and Analog, present at PCIM, 1998,7(35):23-27
42 L. A. Beradinis. SERCOS Lights the Way for Digital Drives. Machine Desig2004,(8):87
43 SoftSERCANS- SERCOS interface Master—Connection for PC Based Control Systems. RexrothzzIndramat GmbH,2001,(7):43-49
44 康存锋，陈卫福，费仁元等．SERCOS技术在机床数控上的应用．制造技术与机床，2003，(12)：56-59
45 B. Frank. SERCOS goes eleetrohydraulic as well. Control Engineering,April 2002,(4):23
46 邓华，范大鹏，徐朝阳等．基于MC系列运动控制器的软PLC设计与实现．机电产品开发与创新，2003，(6)：62-64
47 罗华丽，李斌，汤志斌．开放式数控系统中的软件PLC技术研究．组合机床与自动化加工技术，2003，(2)：44-45
48 史大光，刘翠梅，武洪恩．CNC内嵌型软PLC逻辑虚拟机功能模块实现方法的研究．机械与电子，2005，(9)：12-15
49 D．Simon．Visual C++6编程宝典．北京：电子工业出版社，2005．1
50 姚远，丑武胜，陈友东等．软PLC编程开发系统的设计和实现．设计与研究，2006，6：11
51 周峰，王新华，李剑峰等．软PLC编辑系统的设计与实现．计算机工程与应用，2005，(7)：111-113
52 白艳艳，陈卫福，于春娜．开放式数控系统中软PLC的研究开发．机械管理开发，2005，(3)：34-37
53 W. Kafafin, W. Ujch, etal. Design considerations for soft embedded programmable logic cores. IEEE Journal of Solid.State Circuits,2005,40(2):485-497
54 D.N. Netom, A softPLC model approach for generic device controllers[C]//IASTED International Conference on Modeling and Simulation.California, USA,2003,(3):34-38
55 朱文凯，王卫华，丁汉等．基于嵌入式PC的开放式软PLC．机械与电子．2002，(3)：12-14
56 F. M. Proctor, J. S. Albus, Open architecture controllers. IEEE SPECTRUM, 1997,(5):22-25
57 W. Sperling, P. Lutz. Designing, applications for an OSACA Control, Proceedings of the International Mechanical. Engineering Congress and Exposition, 1997,9(3):22-24
58 游华云，叶佩青，杨开明等．基于RTLinux的软件PLC的研究与开发．计算机工程与应用，2002，38(12)：134-136．
59 RTX-5.0 User's Guide,VenturCom, Inc.2000
60 王新华，周峰，李剑锋等．软PLC运行系统的硬件结构设计与实现．北京工业大学学报，2006，(8)：46-47
2 G. E. Herrin. Titile Ⅲ-Open Architecture Controller Froject. Modem Machine Shop, 1995,(8): 156-158
3 许世法，秦付军．基于PC的开放式软PLC技术．仪器仪表标准化与计量，2006，2(21)：56-58
4 刘美俊．综述——基于PC的开放式软PLC技术．机床电器，2006，(1)：45-47
5 欧阳三泰，周琴，欧阳希．软PLC控制技术综述．电气传动，2005，35(9)：52-54
6 李爱平，张建国．NC嵌入PC型开放式数控系统的研究．组合机床与自动化加工技术，2001．(12)：56-58
7 康存锋，陈卫福，黄旭东等．基于PC的开放式数控系统．北京工业大学学报，2001，27(3)：23-24
8 K. Yamazald, Y. Hanachi. Autonomously Proficient CNC Controller for HighPerformance Machine Tolls Base on An Open Architecture Concept. Annals of the CIRP. 1997,(46):257-278
9 林弈鸿，李小力．开放式数控系统的构造、界面与协议．中国机械工程，1998，(5)：28-30
10 潘存强，工从鹤，程先华，等．数控技术的新发展——开放式数控系统．宝钢技术，2002，(4)：12
11 周峰，王新华，李剑峰等．软PLC技术的发展现状及应用前景．计算机工程与应用，2004，(24)：23-25
12 李坚强，裴海龙，廖俊．基于Linux系统的软PLC设计．制造自动化，2005，27(11)：56-57
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14 廖德岗．开放式数控系统的研究及其发展现状．机械，1999，26(3)：13-15
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16 高金刚，陈建春，刘雄伟．数控系统的软PLC系统开发．计算机测量与控制，2004，(12)：3
17 H. Scottc. The SERCOS interface standard. Gear Technology,1996,(5):11-15
18 熊巍，杨建武，陈卫福．基于Sercos和软PLC的全电子注塑机运动控制系统解决方案．微计算机信息(测控自动化)，2005，21(12)：33-36
19 林小峰，陈斌，许光泞．一种基于工业PC的软PLC控制系统．微计算机信息(测控自动化)，2005，21(1)：11-12
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21 冉蜀阳．PLC通用控制编程的IEC1131．机床电器，1994，(3)：21
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23 林海波．PLC编程技术探讨．长春工程学院学报(自然科学版)，2001，2(3)：70-72
24 黄延延，林跃，于海斌．软PLC技术研究及实现．计算机工程，2004，30(1)：32-34
25 顾战松，陈铁年．可编程控制器原理与应用．北京：国防工业出版社，1999：17-18
26 缪谦．可编程控制器(PLC)使用经验谈．微计算机信息，2000，16(3)：63-64
27 柳梁．可编程控制器(PLC)入门(一)．计算机时代，1996，(5)：33-34
28 马玉敏，樊留群，李辉等．软PLC技术的研究与实现．机电一体化，2005，(3)：67-69
29 关于IEC 61131、PLC和软PLC．中国工业设备网，2005，(6)
30 林海波．PLC编程技术探讨．长春工程学院学报(自然科学版)，2001，2(3)：70-72
31 Todd Walter．PAC—新一代工业控制系统．NI中国，2005 8
32 彭瑜．传统PLC、现代PLC和PAC的异同和各自的应用比较．上海工业自动化仪表研究所，2006年5月
33 Specification SERCOS Interface.Interests Group SERCOS,e.V.2001,2(2):45-48
34 P. Lutz, G. Rogers. SoftSERCANS and SERCOS interface Competency Centers.ISW, University of Stuttgart,2000,(5):67-69
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36 白艳艳．基于SERCOS接口的开放式数控体系中的软PLC系统．机械管理开发，2005，(4)：76-77
37 R. Larsen. SERCOS interface—International Standard Bus for Motion Control. S-ERCOS N.A,January 2002,(6):45-48
38 D.A. Dan. Motion's Digital Future. Motion Control,2001,(6):78-79
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40 SERCOS Input/output Unit. Rexroth Indramat,2000,(6):33-36
41 G. EIIis. Comparison of Drive and Controlled Architecture: SERCOS and Analog, present at PCIM, 1998,7(35):23-27
42 L. A. Beradinis. SERCOS Lights the Way for Digital Drives. Machine Desig2004,(8):87
43 SoftSERCANS- SERCOS interface Master—Connection for PC Based Control Systems. RexrothzzIndramat GmbH,2001,(7):43-49
44 康存锋，陈卫福，费仁元等．SERCOS技术在机床数控上的应用．制造技术与机床，2003，(12)：56-59
45 B. Frank. SERCOS goes eleetrohydraulic as well. Control Engineering,April 2002,(4):23
46 邓华，范大鹏，徐朝阳等．基于MC系列运动控制器的软PLC设计与实现．机电产品开发与创新，2003，(6)：62-64
47 罗华丽，李斌，汤志斌．开放式数控系统中的软件PLC技术研究．组合机床与自动化加工技术，2003，(2)：44-45
48 史大光，刘翠梅，武洪恩．CNC内嵌型软PLC逻辑虚拟机功能模块实现方法的研究．机械与电子，2005，(9)：12-15
49 D．Simon．Visual C++6编程宝典．北京：电子工业出版社，2005．1
50 姚远，丑武胜，陈友东等．软PLC编程开发系统的设计和实现．设计与研究，2006，6：11
51 周峰，王新华，李剑峰等．软PLC编辑系统的设计与实现．计算机工程与应用，2005，(7)：111-113
52 白艳艳，陈卫福，于春娜．开放式数控系统中软PLC的研究开发．机械管理开发，2005，(3)：34-37
53 W. Kafafin, W. Ujch, etal. Design considerations for soft embedded programmable logic cores. IEEE Journal of Solid.State Circuits,2005,40(2):485-497
54 D.N. Netom, A softPLC model approach for generic device controllers[C]//IASTED International Conference on Modeling and Simulation.California, USA,2003,(3):34-38
55 朱文凯，王卫华，丁汉等．基于嵌入式PC的开放式软PLC．机械与电子．2002，(3)：12-14
56 F. M. Proctor, J. S. Albus, Open architecture controllers. IEEE SPECTRUM, 1997,(5):22-25
57 W. Sperling, P. Lutz. Designing, applications for an OSACA Control, Proceedings of the International Mechanical. Engineering Congress and Exposition, 1997,9(3):22-24
58 游华云，叶佩青，杨开明等．基于RTLinux的软件PLC的研究与开发．计算机工程与应用，2002，38(12)：134-136．
59 RTX-5.0 User's Guide,VenturCom, Inc.2000
60 王新华，周峰，李剑锋等．软PLC运行系统的硬件结构设计与实现．北京工业大学学报，2006，(8)：46-47