結合即時資料收集的共時可程式邏輯控制器

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姓名

李旺陵(Wang-Ling Li) 查詢紙本館藏

畢業系所

資訊工程學系

論文名稱

結合即時資料收集的共時可程式邏輯控制器
(Concurrent Programmable Logic Controller with Real-Time Data Collection)

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摘要(中)

可程式邏輯控制器(PLC)在工業控制是不可或缺的存在。而判斷一個PLC是否能在適任於特定控制系統中，最關鍵的要素為掃描時間(Scan time)。然而傳統PLC以單一處理單元輪詢處理所有任務的循序架構下，在同時處理大量周邊與複雜任務的共時控制時，將造成掃描的延遲。PLC為了融入工業4.0智慧工廠中，高速而大量的資料擷取與收集即是一個複雜任務的例子，勢必影響工業控制的即時性。因此本論文提出一個創新的共時控制架構，結合基於FPGA的周邊控制系統，與獨立的資料擷取控制器，構成一個高效能的共時(concurrent) PLC控制器。此控制器具有在處理平行周邊的共時設定、大量共時DI/DO控制以及共時的資料擷取等任務下，系統仍保有硬即時性(hard real-time)。論文最後，我們以一個共時控制大量周邊的PLC程式，驗證我們提出的共時PLC控制器，並證明比現有的產品有更穩定的共時控制能力。

摘要(英)

Programmable logic controller (PLC) is an indispensable part in industrial control systems. The key factor of determining whether a PLC is proper in a control system is scan time. However, under the traditional PLC architecture, delay will occur when PLC concurrently controls a lot of peripherals and handles complex tasks, since PLC uses one control unit to do the tasks in polling method. Moreover, for any PLC in an Industry 4.0 smart factory, massive data collection and capture are necessary tasks, and this task must impact on the ability in real-time industrial control. Therefore, this study proposed an innovative concurrent control architecture, combining a field-programmable gate array-based peripheral control system and independent data collection controller to construct a high-performance concurrent PLC. The proposed system features hard real-time control ability even doing complex tasks, such as handling data capture simultaneously during controlling numerous peripherals and DI/DO. In the end of this study, we implement a PLC program which controls 40 peripherals on concurrent PLC and recent PLC product. The result shows that concurrent PLC is more stable than recent PLC product on concurrent control ability.

關鍵字(中)

★ 可程式控制器
★ 共時可程式控制器

關鍵字(英)

★ Programmable logic controller
★ PLC
★ concurrent PLC

論文目次

摘要 i
Abstract ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 x
第一章、緒論 1
1.1研究背景 1
1.2研究目的 2
1.3論文架構 2
第二章、文獻探討 3
2.1、可程式邏輯控制器 3
2.2、工業4.0 3
2.3、高效能可程式邏輯控制器系統架構 4
2.3.1、連結硬體功能方塊的多處理器架構 4
2.3.2、以硬體合成實現PLC程式的策略 5
第三章、系統架構 7
3.1 共時PLC控制器架構 8
3.2、共時PLC核心功能模組通訊界面 10
3.3、PLC開發監控器 11
3.3.1、共時控制程式設定器 11
3.3.2、即時資料收集控制器 12
3.4、PLC程式控制器 12
3.4.1、SFC 12
3.4.2、同步化周邊狀態轉移控制器 14
3.4.3、共時控制動作執行器 15
第四章、系統實作 17
4.1、嵌入式軟硬體設計與合成 17
4.1.1、IDEF0 17
4.1.2、GRAFCET離散事件建模 19
4.2、共時PLC控制器實作 20
4.2.1、PLC開發監控器IDEF0 20
4.2.2、PLC程式控制器IDEF0 21
4.3、離散事件建模 22
4.3.1、PLC開發監控器GRAFCET 23
4.3.2、PLC程式控制器GRAFCET 27
第五章、軟硬體整合驗證 33
5.1、硬體開發環境 33
5.1.1、FPGA開發平台 33
5.1.2、MCU開發平台 34
5.2、模組功能驗證 34
5.2.1、PLC開發監控器驗證 34
5.2.2、PLC程式控制器驗證 38
5.3、共時控制實驗 48
5.4、比較實驗 52
第六章、結論與未來展望 54
6.1、結論 54
6.1、未來展望 55
參考文獻 56

參考文獻

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[10] Terasic - DE 系列母板 - Altera DE2-115 教育開發平台. Available: https://www.terasic.com.tw/cgi-bin/page/archive.pl?Language=Taiwan&CategoryNo=171&No=542&PartNo=3
[11] "UM1662 User manual," ed, 2013, p. 1.

指導教授

陳慶瀚(Ching-Han Chen)

審核日期

2017-1-19

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