臺灣博碩士論文加值系統

早期的自動化控制是由電器元件所組成，其控制器不僅佔用空間大，且控制流程不易修改與維護，可程式控制器的出現使得這些問題得以決解，它也逐漸取代傳統的電器元件控制方式，許多廠商紛紛投入可程式控制器的開發，可程式控制器的語法也越來越多，造成使用者在不同廠牌間程式轉換不便的困擾。因此，國際電工協會便開始收集整理各家控制語法，在1999年制定了IEC61131-3標準以統一可程式控制器的語法。
本文以IEC61131-3規範的語法為基礎，提出一套可跨不同目標平台的可程式控制器實現機制。透過模組化的規劃與設計，將控制動作分為邏輯運算與硬體動作兩個部份，邏輯部分以共同的描述格式來統一IEC61131-3所定義的各語法並加以實現，硬體動作則針對各硬體設計專屬之韌體函式庫，使得控制邏輯可以在各目標平台上使用硬體資源，這樣的設計使不同的控制晶片皆可執行以IEC61131-3語法所設計的控制動作，而設計人員只需學會IEC61131-3語法，便可使用所支援的控制晶片進行可程式控制器設計。此外，由於所設計的程式碼可以在不同的目標平台間重複使用，因此，透過自行建立的函式庫及利用重複使用的特性，更可縮短自動化流程的開發時程。

In the early stage, the implementation of automation is composed of electric elements, not only the occupied space is larger, but also the automation process is difficult to be modified and to be maintained. Until the appearance of programmable logic controller (PLC), the PLC then plays a very important role in the industrial automation. Many manufacturers develop the PLC individually and different PLC languages are used. The inconvenience usually occurs while the PLC hardware is changed. Therefore, the National Electrical Manufacturers Association proposed the IEC61131-3 standard in 1999 to integrate the specification of PLC languages.
In this thesis, a series of mechanisms to implement a PLC of crossing target-platform based on the IEC61131-3 standard are proposed. First, the PLC languages based on IEC61131-3 standard are transformed to a universal description. Then, the controller kernel, the IO firmware and the IO hardware are designed separately. Thus, the same PLC program using the IEC61131-3 standard can be carried out on different micro-chip. For the PLC program designers, it is only required to learn the IEC61131-3 standard without considering the hardware. In addition, because the PLC code can be duplicated and to be executed on the different target platform, the developed cost and time for implementing an automation planning can also be reduced.

誌謝 i
中文摘要 ii
Abstract iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章 緒論 1
1-1 PLC的發展歷史與現況 2
1-2 PLC的實現 2
1-2-1 執行核心與執行檔 3
1-2-2 PLC設計語法 5
1-3 跨平台與工業控制器 6
1-4 研究動機 7
1-5 論文架構 8
第二章 IEC61131國際標準 9
2-1 IEC61131簡介 9
2-2 IEC61131-3的軟體架構 9
2-3 IEC61131-3程序的組成 10
2-4 IEC61131-3語法標準 11
2-4-1 階梯圖(LD) 12
2-4-2 功能方塊圖(FBD) 14
2-4-3 順序功能圖(SFC) 15
2-4-4 指令表(IL) 16
2-4-5 結構化文字(ST) 17
2-4-6 不同語法的混用 18
第三章 跨平台之可程式控制器系統規劃 20
3-1 可程式控制器系統架構 20
3-2 可程式控制器的語法結構與實現 22
3-2-1 IEC61131-3五種語言的共通描述法 22
3-2-2 IEC61131-3語法的描述格式 24
3-2-3 IEC61131-3語法的執行概念與實現 25
3-3 FBD語法的實現 26
3-4 描述檔語法結構 27
3-4-1 宣告描述 29
3-4-2 程式碼描述 30
3-5 基於跨平台架構的韌體設計實現 32
3-5-1 韌體函式庫 33
3-5-2 韌體函式庫規劃 35
3-6 程式碼、描述檔、IO對應檔與執行檔(目的檔)間的轉換 37
第四章 實作驗證 39
4-1 系統說明 39
4-2編輯介面 42
4-2-1 主程式介面 42
4-2-2 功能表 43
4-2-3 參數設定 43
4-2-4 函數方塊選擇 44
4-2-5 硬體設定 45
4-4實例-紅綠燈 46
4-4-1 程式碼-紅綠燈 46
4-4-2 硬體設定-紅綠燈 49
4-4-3 產生執行檔-紅綠燈 50
4-4-3 執行結果-紅綠燈 51
第五章 結論與建議 52
5-1 結論 52
5-2 建議 52
參考文獻 53
附錄一 IEC61131-3標準函數 54
附錄二 IEC61131-3標準功能方塊 56
附錄三 實例-紅綠燈之硬體設定檔 57
附錄四 實例-紅綠燈之描述檔 58
附錄五 實例-紅綠燈之C語言程式碼 62
自述 64

[1] Karl-Heinz John. Michael Tiegelkamp, IEC61131-3: Programming Industrial Automation Systems, 2000.
[2]R. W. Lewis, Programming Industrial Control System using IEC1131-3, 1995.
[3]蕭欣智. 簡詔群, 三荾可程式自動控制實用手冊範例, 全華科技圖書股份有限公司, 1999.
[4]R. W. Lewis, Programming Industrial Control System using IEC1131-3, 1995.
[5]陳福春, PLC可程式控制器原理與實習, 高立圖書有限公司, 2000.
[6]林陳進, ”PLC電腦輔助設計軟體原理解析”, 機電整合雜誌, 第4期, pp.122-137, 1988.
[7]吳福川, PC-Based SoftPLC控制規劃軟體之實現, 國立台灣大學電機工程研究所, 碩士論文, 1999.
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