基于IEC61131-3和PLCopen的嵌入式软PLC控制系统设计

"这篇硕士学位论文主要探讨了遵循IEC61131-3与PLCopen标准的嵌入式软PLC应用开发，作者肖腾腾，指导教师王晓宇，来自华中科技大学机械工程专业。论文研究了如何利用STM32F407微控制器构建嵌入式软PLC硬件环境，并结合CANopen协议的伺服驱动器和Modbus-RTU通信的HMI，设计了一种控制系统总体方案。" 在深入解析这一主题之前，首先要理解几个关键概念： 1. **IEC61131-3**: 这是国际电工委员会制定的一套编程语言标准，用于可编程逻辑控制器(PLC)。它定义了五种编程语言：梯形图(Ladder Diagram, LD)，语句表(Structured Text, ST)，功能块图(Function Block Diagram, FBD)，连续功能图(Continuous Function Chart, CFC)和指令列表(Instruction List, IL)，旨在提高PLC程序的互换性和可移植性。 2. **PLCopen**: 这是一个国际组织，致力于推广和标准化基于IEC61131-3的PLC编程。它提供了库和框架，以帮助开发者按照统一的标准进行PLC软件开发。 3. **嵌入式软PLC**: 相较于传统的硬PLC，嵌入式软PLC不再依赖专用硬件，而是通过微控制器(MCU)或单片机实现PLC功能。这种方式降低了成本，提高了灵活性，并且硬件体系结构更加开放。 4. **STM32F407**: 这是意法半导体(STMicroelectronics)的一款高性能微控制器，基于ARM Cortex-M4内核，适用于嵌入式软PLC硬件平台，提供强大的计算能力和丰富的外设接口。 5. **CANopen**: 是一种基于CAN（Controller Area Network）的高层通信协议，常用于工业自动化中的分布式控制系统，如伺服驱动器。 6. **PRONET-E-10A伺服驱动器**: 支持CANopen协议，可以方便地集成到基于CAN网络的控制系统中，提供精确的伺服电机控制。 7. **Modbus-RTU**: 是Modbus通信协议的一种变体，主要用于串行通信。台达公司的DOP-B05S111人机界面(HMI)采用此协议，可以与PLC进行数据交换，实现监控和控制功能。 在论文中，作者设计的控制系统总体方案采用了上述技术和设备，构建了一个集成了实时控制、通信和可视化界面的系统。这种设计的优势在于能够灵活适应不同的工业应用场景，同时通过遵循标准，确保了系统的兼容性和可扩展性。嵌入式软PLC的应用不仅降低了硬件成本，还简化了系统升级和维护的复杂性。