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，ProgramableLogicController)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(ActivityonVertex)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。
【作者】罗林丹；
【导师】包健；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，计算机系统结构，2014，硕士
【关键词】AOV图；数据依赖；重构；编译优化；指令表；

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