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ePLC的控制算法代码优化方法的研究

作　者: 罗林丹
导　师: 包健
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: AOV图数据依赖重构编译优化指令表
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-14
  1.1 课题背景  10
  1.2 国内外研究现状  10-11
  1.3 课题来源和研究意义  11-12
  1.4 论文所作的工作  12
  1.5 论文的组织结构  12-14
第2章控制算法优化基础和整体框架  14-23
  2.1 IEC 61131-3 编程语言  14
  2.2 ePLC 和 CASS-ePLC 平台  14-18
    2.2.1 ePLC 技术的提出  14-15
    2.2.2 CASS-ePLC 平台  15-16
    2.2.3 梯形图图形元素  16-18
  2.3 梯形图网络拓扑结构的有向图抽象表示  18-20
    2.3.1 图论基础  18-19
    2.3.2 梯形图到有向图的抽象  19-20
  2.4 ePLC 的控制算法代码优化的算法框架  20-22
  2.5 本章小结  22-23
第3章 AOV 图的层次分析和重构算法  23-47
  3.1 ePLC 的控制算法代码的相关定义及性质  23-27
  3.2 梯形图到逻辑表达式的转换过程  27-31
    3.2.1 逻辑表达式  27-28
    3.2.2 梯级逻辑表达式的的生成算法  28-31
  3.3 AOV 图的层次分析  31-33
    3.3.1 AOV 图中结点的层次分析  31-32
    3.3.2 AOV 图中结点的层次分析算法  32-33
  3.4 单个 AOV 图的自重构  33-37
    3.4.1 单个 AOV 图的自重构模型  33-35
    3.4.2 单个 AOV 图的自重构算法  35-37
  3.5 ePLC 的控制算法代码间的依赖  37-40
    3.5.1 依赖模型  37-38
    3.5.2 流依赖判断算法  38-40
  3.6 AOV 图的合并重构  40-45
    3.6.1 多个 AOV 图间的合并重构  40-42
    3.6.2 AOV 图间的流依赖判断算法  42-43
    3.6.3 多个 AOV 图间的合并重构算法  43-45
  3.7 本章小结  45-47
第4章避免无效指令执行的优化模型和算法  47-58
  4.1 避免无效指令的代码的优化  47-53
    4.1.1 避免无效指令的优化模型  47-51
    4.1.2 避免无效指令的优化的设计  51-53
  4.2 避免无效指令优化算法  53-57
  4.3 本章小结  57-58
第5章 ePLC 的控制算法代码优化方法的应用  58-72
  5.1 全自动多轴绕线机  58-59
  5.2 对绕线机控制算法代码进行优化  59-69
  5.3 优化前后控制算法代码的执行效率分析  69-71
  5.4 本章小结  71-72
第6章结论及展望  72-74
  6.1 工作总结  72
  6.2 进一步的工作  72-74
致谢  74-75
参考文献  75-79
附录  79-80
详细摘要  80-83

ePLC的控制算法代码优化方法的研究

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