CO2热泵技术是目前世界公认的节能、环保的技术之一,其凭借良好的性能系数与能效比,对环境的无破坏性,符合国家可持续能源发展战略。CO2热泵控制器作为CO2热泵系统的控制核心,对整机性能起到决定性作用。本项目来源于校企合作项目“应用于CO2热泵的工业可编程计算平台”。该CO2热泵控制系统具有同时监测多路温度、压力、电流,并同时控制十几路电磁阀门和步进电机的特殊需求,然而传统通用PLC方案存在体积庞大,资源浪费,价格昂贵,性价比较低等缺点。因此,本文提出定制PLC的解决方案,定制化硬件系统平台使得电控设备成本较传统方案大大降低,电控系统的结构得到优化;将ARM微控制器引入CO2热泵控制,为更先进的控制算法的实现提供了平台,实现系统更高的能效比;对PLC内核与开发系统关键技术进行研究,使得CO2热泵机组的运行逻辑可以采用梯形图语言构建,保证了产品开发周期,保护了企业的核心技术。首先,本文根据CO2热泵机组软硬件需求,提出了CO2热泵机控制器的总体方案与PLC内核方案。将梯形图语言作为CO2热泵机组控制逻辑的编程语言,为了能够让梯形图程序逻辑在硬件平台运行,本文提出了二叉树构造、遍历算法,并在约束条件下对二叉树进行优化,生成可执行指令表程序;通过构建中间代码编码模型,将指令表程序变换为二进制中间代码,为用户程序逻辑梯形图编程奠定理论基础。其次,对PLC内核软件模型的研究。利于双堆栈模型,分析各指令运行时堆栈变化,提出了指令解释器的整体解决方案,保证中间代码在PLC内核正确解释执行。针对CO2热泵机组的数据可视化问题,提出了基于RS-485总线的Modbus-RTU从站协议解决方案,实现了CO2热泵机组与主站设备的通信。最后,根据CO2热泵控制系统的硬件参数需求,完成了整机硬件设计。考虑到CO2热泵机组温控系统中通道数量多、精度高的特点,提出了基于多路模拟开关阵列的温控系统硬件解决方案,并利用该硬件平台,完成对软件编译和解释系统的验证。验证结果表明,本文提出的CO2热PLC控制器具有良好的可编程性能,符合项目要求。