目前,，內(nèi)用戶選用的可編程控制器(PLC)仍以外產(chǎn)品為主,，造成這種局面的一個重要原因是歐、美、日等發(fā)達工業(yè)掌握了PLC的核心技術(shù),，其硬軟件技術(shù)對應(yīng)用者來說完全是封閉的,，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,，IEC61131-3際標(biāo)準(zhǔn)的頒布和實施為各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)無論對于科學(xué)研究還是促進PLC行業(yè)的發(fā)展都有積極的現(xiàn)實意義,。

　PLC是一種專用于工業(yè)控制的計算機,，其硬件主要由中央處理器、存儲器,、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,，各個接口都按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,，大大提高了PLC的開放性，使其能方便地與大系統(tǒng)連接,。編程語言遵循際標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-3,，并將基于PC的編程軟件作為PLC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,，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,，通過集成平臺對51內(nèi)核處理器指令集進行解釋、編譯,，使梯形圖語言轉(zhuǎn)換為能被51內(nèi)核處理器識別的代碼,。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　可編程控制器單片機部分電路圖如圖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現(xiàn)高速并行通信,，其速率為2 Mb/s，完全能夠滿足設(shè)計所要求的數(shù)據(jù)傳輸速度,。USB通信接口模塊電路如圖4所示,。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖5所示。圖中,，系統(tǒng)編輯模塊為用戶提供編輯環(huán)境,，接收用戶的梯形圖程序輸入，并將其存儲為相應(yīng)的文件,。梯形圖語言為一種圖形語言,，要直接對其進行編譯十分困難，因此并不是直接對梯形圖程序進行編譯,，而是先將其翻譯成指令語言的文本形式,，再對指令語言進行編譯。圖形語言編譯問題的解決,，提高了代碼的利用率[6-7],。通過提取數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)，形成C語言程序文件,，經(jīng)過C51編譯器,、連接器、轉(zhuǎn)換器的編譯,、連接,、轉(zhuǎn)換過程，生成能夠在PLC硬件上運行的可執(zhí)行文件,。

3.1 用戶界面

PLC用戶界面是實現(xiàn)可編程人機交互的重要部分,，它以梯形圖語言的形式錄入用戶控制程序，以二進制形式通過串口下載到PLC硬件,，其梯形圖表示的用戶編程區(qū)如圖6所示,。

　PLC在進行邏輯運算之前，必須對外部信號進行采樣[8],，若要實現(xiàn)指令的功能,，先要設(shè)置外部I/O在梯形圖中的地址,，系統(tǒng)才能夠?qū)τ脩舫绦蛑兴褂玫?/span>I/O地址與單片機的引腳地址相匹配,。本設(shè)計在I/O設(shè)置對話框底層設(shè)計了如表1所示的數(shù)據(jù)處理函數(shù),。

3.2 USB通信

　PDIUSBD12的固件設(shè)計成完全的中斷驅(qū)動，當(dāng)CPU處理前臺任務(wù)時,，USB的傳輸可在后臺進行,；后臺中斷服務(wù)程序和前臺主程序循環(huán)之間的數(shù)據(jù)交換可以通過事件標(biāo)志和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)來實現(xiàn)。當(dāng)PDIUSBD12從USB收到一個數(shù)據(jù)包,，即對CPU產(chǎn)生一個中斷請求,，CPU立刻響應(yīng)中斷。在中斷服務(wù)程序中,，固件將數(shù)據(jù)包從PDIUSBD12內(nèi)部緩沖區(qū)移到循環(huán)數(shù)據(jù)緩沖區(qū),，并將PDIUSBD12的內(nèi)部緩沖區(qū)清零，以便接收新的數(shù)據(jù)包,，使CPU可以繼續(xù)執(zhí)行當(dāng)前的前臺任務(wù)直到完成,。本文利用PDIUSBD12的端點1進行命令的傳輸和應(yīng)答，端點1每次接收計算機發(fā)送過來的8 B指令,，其指令格式如表2所示,。例如，接收到十六進制碼52 01 00 03 00 07 00 50,，表示讀24C01器件從03字節(jié)開始的7個字節(jié)的數(shù)據(jù),。52H為R的ascii 碼，57H為W的ascii 碼,。端點2用于數(shù)據(jù)的傳輸,。

　本文在了解PLC內(nèi)外研究狀況以及其市場需求的基礎(chǔ)上，提出了研發(fā)開放式PLC的概念,，完成了PLC集成開發(fā)系統(tǒng)的C51模塊實現(xiàn)方案的設(shè)計,，將USB通信方式引入PLC領(lǐng)域，所設(shè)計的梯形圖編輯器提供了梯形圖編輯平臺,，實現(xiàn)了PLC的基本邏輯指令,，完成計算機與控制器的USB通信。