ePLC的控制算法代码优化方法的研究

摘要

梯形图(LD)拥有直观形象、简单易用、易于掌握等特点,是可编程控制器(PLC,Programable Logic Controller)上控制算法实现的主要方式。它在控制器上的执行采用“从上到下,从左至右”的周期扫描机制,扫描周期的长短是衡量性能的主要指标,而它主要取决于软件开发平台编译出的代码质量。代码中存在的许多无效指令造成了处理器资源的浪费,降低了系统的响应速度。国内外主要通过提高处理器的处理速度来解决这一问题,但这势必会增加成本。而对开发平台的编译算法优化以减少处理器对无效指令的执行,这种方法不仅可以有效避免这一问题,而且具有很强的普适性。论文通过对CASS-ePLC控制算法生成平台的编译算法进行优化,有效的减少了处理器对无效指令的执行,缩短了ePLC的扫描周期,提高了ePLC的性能。
　　论文对ePLC的控制算法代码编译成IL指令的过程及其无效指令的优化方法作了较为深入的研究,主要完成了以下工作:
　　(1)研究了国内外控制器性能优化相关文献以及IEC61131-3标准中梯形图相关的描述,提出了ePLC的控制算法代码优化的算法框架。
　　(2)提出了一种将控制算法中抽象出的AOV图(Activity on Vertex)结构转化成逻辑表达式的方法以及AOV图的层次分析算法。通过对AOV图中的结点进行串并规约的操作,得到AOV图对应的逻辑表达式。通过遍历逻辑表达式,得出AOV图的层次关系。
　　(3)基于AOV图层次关系的交换性质和结合性质,提出了单个AOV图的自重构算法和多个AOV图的合并重构算法。自重构算法通过从逻辑表达式得出的层次关系对单个AOV图的结点重新排序或重组,使AOV图的逻辑更加清晰。合并重构算法通过分析多个AOV图间的流依赖关系,对不存在流依赖关系的AOV图进行合并,减少AOV图的数量。
　　(4)分析AOV图编译产生无效指令的原因,提出了一种通过改变ePLC程序控制流程减少无效指令执行的优化方法。将原来的顺序执行流程改成最优跳转执行流程,减少了无效指令的执行,使得IL指令的扫描周期更短,运行效率高。
　　论文最后对多轴全自动绕线机、间歇式发泡机等控制系统的控制算法代码进行了优化实验,实验结果表明,论文提出的优化方法明显缩短了PLC的扫描周期,提高了系统的响应速度。

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第1章 绪论

1.1课题背景

1.2国内外研究现状

1.3课题来源和研究意义

1.4论文所作的工作

1.5论文的组织结构

第2章 控制算法优化基础和整体框架

2.1 IEC 61131-3编程语言

2.2 ePLC和CASS-ePLC平台

2.3梯形图网络拓扑结构的有向图抽象表示

2.4 ePLC的控制算法代码优化的算法框架

2.5本章小结

第3章 AOV图的层次分析和重构算法

3.1 ePLC的控制算法代码的相关定义及性质

3.2梯形图到逻辑表达式的转换过程

3.3 AOV图的层次分析

3.4单个AOV图的自重构

3.5 ePLC的控制算法代码间的依赖

3.6 AOV图的合并重构

3.7本章小结

第4章 避免无效指令执行的优化模型和算法

4.1避免无效指令的代码的优化

4.2避免无效指令优化算法

4.3本章小结

第5章 ePLC的控制算法代码优化方法的应用

5.1全自动多轴绕线机

5.2对绕线机控制算法代码进行优化

5.3优化前后控制算法代码的执行效率分析

5.4本章小结

第6章 结论及展望

6.1工作总结

6.2进一步的工作

致谢

参考文献

附录作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目