随着工业自动化转型升级,以及“中国制造2025”的提出,现代工业正逐步从传统的制造往智能制造转变。PLC作为智能化和产业升级的工业自动化控制领域的重要设备,在未来工业制造的市场上,PLC的需求将会越来越大。然而,国外的PLC产品一直垄断着中国的工业市场,这使得我国的工业控制领域处于劣势。近几年来,随着嵌入式系统技术及高性能的ARM为控制器的发展,嵌入式PLC应运而生,与传统的PLC相比较,嵌入式PLC具有体积小,价格低,功能丰富的优势,且可以对不同的客户的个性化需求进行设计。而传统PLC的劣势是兼容性较差和性价比低等问题,这些问题嵌入式PLC都可以相对较好的弥补和解决。传统PLC通常只有输入和输出口,随着I/O口的数量增加,价格也随着增加,当需要其他功能扩展时,就需要在原PLC扩展接口上插入相应的功能扩展模块,这些扩展模块不仅增加了体积而且价格也不便宜。对于传统PLC的不足,本文提出了带互联功能的嵌入式PLC扩展模块,主要设计内容是在嵌入式PLC模块的基础板上进行功能扩展,扩展模块的电路板可与嵌入式PLC的基础板进行互联,且扩展模块的电路板的面积与基础板大致相同。本文的主要任务是在嵌入式PLC基础板上进行功能扩展,对基础板上现有的64路I/O输出和64路I/O输入进行扩展,扩展到128路I/O输出和128路I/O输入,增加A/D和D/A功能以及RS485通信功能,把扩展的输入输出口、A/D和D/A功能设计成带互联功能的扩展板,而RS485通信则在基础板上预留的通信引脚进行扩展,设计的整体方案有硬件电路设计和软件设计。该模块设计的亮点是将扩展模块设计成可以嵌插互联的结构,可以根据用户的需求灵活设计,对需求的功能进行定制,满足用户多样化和差异化的要求。本文首先介绍嵌入式PLC的背景以及研究意义,以三菱PLC系列的FX2N型为研究对象,阐述了三菱指令的格式和通信协议,分析了解释型与编译型PLC的工作原理并解释型PLC的开发方式;在学习了PLC内部硬件和软件结构,以及PLC运行的原理上,设计了一种基于嵌入式PLC基础板的扩展模块的总体框架,对嵌入式PLC扩展模块所使用的主芯片和各个扩展模块使用的芯片进行了详细阐述,分别对扩展板各模块的硬件电路进行设计,画出电路原理图及PCB并给出了硬件电路的实际效果图;其次,使用Keil软件对下位机系统程序进行开发,采用模块化的思想设计嵌入式PLC扩展模块的软件系统,阐述了系统的变量划分、系统初始化以及数据结构,设计了指令解释函数和各个扩展功能模块的程序,分别为I/O扩展、A/D和D/A功能以及RS485通信等三个模块。PC编程软件使用三菱PLC的GX Developer软件对梯形图进行编辑、编译、修改和存储。本课题基于32位的ARM处理器STM32F103ZET6为系统核心,完成了嵌入式PLC扩展模块的硬件电路及软件的设计。最后,调试了嵌入式PLC扩展模块的软件程序,以及扩展模块的硬件电路,并对嵌入式PLC扩展模块系统的可行性及合理性进行了验证。