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工业控制器是整个工业控制系统管理和组织的核心,直接决定着工业控制系统性能的优劣。工业控制器使用工业现场总线通信协议与工业现场的各类控制设备及上层控制系统进行信息传输。然而,随着工业现场总线通信协议的逐渐开放,协议的内容和种类也在不断地变化和增加,这是实现一个功能完善、通用性强、应用灵活的工业控制器所面临的巨大挑战。本课题以工业自动化控制为背景,以实现一个功能完备、通用性强、稳定实时、易扩展、低功耗的工业控制器为目标,针对实际工业应用,提出一种基于FPGA的可重构工业控制器。本课题首先以“聚羧酸减水剂自动化生产线”为工业应用环境,提出了基于FPGA的可重构工业控制器的功能需求与非功能需求。根据需求分析,设计了以Virtex-5 FPGA为核心的可重构工业控制器的体系结构,对逻辑功能进行了划分,给出了FPGA静态模块和可重构模块的详细设计。静态模块实现除通信协议以外的功能,包括开关控制、物料滴加控制、物料加料控制和物料出料控制。这些功能不随通信协议的改变而改变。可重构模块则用于实现工业控制器与上位机之间通信以及工业控制器与各类传感器之间通信,以实现在不中断自身工作情况下的通信协议更换。在逻辑功能划分设计的基础上,课题对局部动态重构的触发方式及配置加载方式进行了设计。对于局部动态重构触发方式,课题设计并实现了手动重构和自动重构两种方式。手动重构即由人工触发一次局部动态重构以实现通信协议的切换,自动重构则由FPGA自动检测协议的变化并自动进行重构。对于FPGA配置加载方式,本课题设计了一种新的配置文件加载方式——SD卡配置,使用SD卡代替PC机,使用FPGA逻辑及Microblaze应用程序功能代替传统下载软件,一方面使得工业控制器可以脱离PC端独立工作,另一方面使得工业控制器功能的更换变得更加简单易用,避免了使用者对FPGA相关软件的学习,付出非预期的学习成本。最后,课题根据聚羧酸减水剂自动化生产线的实际应用案例搭建了测试平台,将工业控制器与上位机和传感器相连,验证工业控制器的基础功能以及通信协议重构功能的正确性。本课题的创新之处在于将局部动态重构技术应用于工业控制器中,使得工业控制器可以实现不同通信协议间不断电的无缝切换,同时,本课题设计的SD卡配置方式也使得通信协议的更换及扩展更加便捷。实验结果表明,基于FPGA的可重构工业控制器与普通的工业控制器相比,大大提高了工业控制器的实时性、通用性、灵活性和扩展性,降低了功耗,为下一代工业控制技术的发展提供了新的研究思路和实现方法。