[实用新型]一种基于SOPC技术的PLC协同控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种工控可编程逻辑嵌入式软核PLC装置，尤其涉及一种基于SOPC技术的协同PLC实现工业自动化控制的装置。

背景技术

由于传统硬件PLC技术对外封闭，各个生产厂商的PLC硬件平台各不相同，支持的PLC语言也不相同，而且相互之间通信的协议和总线也完全不同。因此，随着计算机技术的发展，人们已经逐渐认识到硬件PLC的通用性、兼容性和拓展性不好正在制约着PLC的快速发展。同时，随着卷烟工业新一轮的技改，大量新型烟草制丝设备从德国HAUNI、意大利Garbuio等国外烟机设备公司引进，设备厂家对于关键设备的PLC程序采取了技术封锁甚至加密等手段。因此，对于烟机功能改进，需要寻求一种新的解决方案来突破传统PLC内部程序封锁以及外部通用性、兼容性差等问题。

过去，逻辑控制器系统的开发多基于ASIC设计的硬件平台，而近年来出现的可编程片上系统(SOPC)解决方案得到了业界广泛的重视并迅速发展。SOPC不仅仅使PCB设计更为简单，而且设计更灵活，开发更高效。它的特点在于其可编程性，即利用现场可编程门阵列(FPGA)器件的可编程性进行SOC(systemonchip)设计。SOPCBuilder为每一个元件提供一个向导，利用该向导很容易定制元件功能，且通过该向导能够非常方便地在一个设计中加入NiosII软核处理器、外设接口等。为了将微处理器核、外围设备、存储器和其它IP核相互连接起来，SOPCBuilder能够自动生成片上总线和总线仲裁器等所需的逻辑。SOPCBuilder在一个工具中实现了嵌入式系统各个方面的开发，包括软件的设计和验证，因此运用SOPC技术可以在FPGA上便捷、快速定制各种复杂逻辑控制，并将传统PLC中逻辑移植或转移到FPGA器件上实现。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于SOPC技术的PLC协同控制装置。将基于SOPC技术的FPGA作为虚拟PLC来协助传统硬件PLC完成自动化控制，解决传统PLC单一控制的缺点，通过SOPC定制各种功能与传统PLC实时通讯达到双核协同时控制同一设备的目的。

为了实现上述的目的，本实用新型采用了以下的技术方案：

一种基于SOPC技术的PLC协同控制装置，该装置包括硬件系统和软件系统两部分；所述的硬件系统包括上位机和下位机，所述的上位机运行在PC机上，完成编写PLC程序以及编译成目标代码以及代码传输工作；所述的下位机使用AlteraFPGA(EP2c35F672c6)NiosII嵌入式软处理器为硬件平台，与上位机之间通过RS232协议进行通信；所述的下位机由NiosII软核处理器模块、存储器模块和外围模块组成，其中NiosII软核处理器模块由CPU模块、TIMER0模块、TIMER1模块、UART模块和JTAG模块组成，对FPGA配置时，通过SOPCBuilder系统综合软件设定NiosII软核参数，并设置TIMER0模块、TIMER1模块、UART模块和JTAG模块相关参数，自动分配各模块基地址和指定NiosII处理器的复位地址与异常中断地址，生成相应的NiosII系统，UART模块通过使用RS232协议可实现上位机与FPGA的传输以及PLC梯图文件的串口通信，JTAG模块通过转换电路将RS232协议转换成RS485协议，再通过CP341卡实现与PLC通讯。

作为优选，所述的CPU模块选用基于RISC技术的32位嵌入式处理器NiosII模块。

作为优选，所述的存储器模块选用掉电数据不丢失的FLASH存储器。

作为优选，所述的外围模块包括一个LCD字符型液晶显示屏、4个LED灯、两个开关。LCD用来显示PLC虚拟机的运行状态，而LED与两个开关则用来实现PLC的功能。

作为优选，所述的嵌入式uC/OS-II实时操作系统是一种基于优先级的可抢先硬实时内核。

本实用新型由于选用NiosII软核处理器模块为核心并利用SOPC技术进行构建，具有很强的可修改性和可移植性；由于添加了uC/OS-II实时操作系统保证了系统运行的实时性，并且能够根据特定的需要编写自定义IP核，自由添加所需要的特定功能，同时方便的增加或减少I/O端口的数量，使系统更具可拓展和维护性；又由于FPGA具有较高的密度，能够集成很大的系统，因此又增加了系统的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型协同PLC控制示意图。

图3为本实用新型系统结构示意图。