针对重大工程和装置自动化成套和安全生产的需求,在《“十二五”国家科技计划先进制造技术领域2013年度备选项目征集指南》中,将高端PLC研发及应用列入“系统控制”专项,希望攻克高端PLC研发的核心关键技术,解决万点以上大规模I/O采集技术、高速网络通讯技术、高可靠性及系统冗余控制,以及容错表决、自诊断、失效安全等关键技术,开发大规模PLC、安全PLC等装置。　　 论文研究了现有PLC存在的问题,探索了以FPGA芯片为核心实现高性能PLC的可能性,对各种设计方法做了比较深入的研究,并以具体实例进行了物理验证。具体内容包括:　　 1.对PLC和FPGA的工作原理和设计方法进行了比较深入的研究,对两者之间的优缺点进行了对比分析,对国内外PLC的FPGA实现的研究现状和发展趋势进行了比较深入的了解,确定了以FPGA芯片为核心实现高性能PLC的研究方案。　　 2.对西门子、三菱、台达公司三种典型的PLC指令系统进行了比较分析,根据FPGA的工作原理和设计方法,将指令系统划分成三种类型:基本指令、功能指令和在FPGA设计中不需要的指令。　　 3.研究了PLC指令与VHDL语言之间的关系,给出了PLC指令和梯形图转变为VHDL语言之间的转换方法,讨论了IP核的设计方法,并以实例介绍了PLC的FPGA实现的设计流程。　　 4.研究了系统功能的Petri网表示方法,PLC中的梯形图编程法与Petri网之间的关系,介绍了SnoopyIOPT软件开发环境,以实例说明了如何在SnoopyIOPT对Petri网进行编辑、PNML语言与VHDL语言的转换。　　 5.由于LabVIEW具有强大的信号处理功能,研究了在LabVIEWFPGA软件开发环境下,将LabVIEW图形化描述语言转换成VHDL语言并下载到FPGA的过程。　　 6.以Altera公司的EP2C20F484C7N型FPGA芯片为核心,研究了系统的硬件设计,重点设计了符合工业控制要求的I/O接口电路。并以具体实例进行了物理验证。　　 论文的研究工作虽然只是初步的,但已充分说明了用FPGA来设计大型、高速、高性能、高安全PLC的是可行性。