[發明專利]EPA分布式控制系統功能塊程序建模及優化方法

無效

• 申請號: 200910010810.4
• 申請日: 2009-03-19
• 公開（公告）號: CN101510082A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: 仲崇權;劉潔;楊素英;張立勇;李丹
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G05B19/05
• 分類號: G05B19/05;G05B19/418;H05B37/02
• 代理公司: 大連理工大學專利中心
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明屬于計算機應用技術領域，涉及EPA分布式現場總線控制系統，特別涉及可編程控制器(Programmable?Logic?Controller，PLC)的IEC?61131-3功能塊編程語言。

背景技術

EPA(Ethernet?for?Plant?Automation)是我國制定的一種工業實時以太網標準，已被列入IEC國際標準并在現場總線控制系統領域得到了廣泛應用。IEC61131-3為PLC規范了編程語言語法及語義的統一標準。其中，IEC61131-3功能塊(Function?Block，FB)把為實現某種應用功能或算法，按某種方式將反復執行的函數模塊化，提供一種結構來規定輸入、輸出、算法和控制參數，把輸入參數通過這種模塊化的函數，轉化為輸出參數。功能塊圖(Function?Block?Diagram，FBD)是以圖形表示的功能、功能塊、數據元素、標號和連接元素的一個或多個網絡。控制程序作為控制系統的核心，將本地I/O與擴展I/O以輸入輸出寄存器的方式直接添加到功能塊的輸入端或輸出端，以組態的形式實現控制算法。

EPA分布式控制系統中，為保證系統運行的高效性和可靠性，控制程序設計應盡量簡潔。然而在實際應用中，由于控制任務不同、系統規模龐大，缺乏統一的編程指導模式，往往導致實際系統的控制程序冗余度高、執行效率低，內存資源占用率高等弊端，因此對程序的優化方法進行研究顯得至關重要。現有的PLC程序優化方法往往是工程技術人員長期實踐過程中經驗的總結，如特定條件下指令的應用技巧，如何節省I/O點數或內部資源的使用，如何根據具體的控制對象的特性優化程序等，然而針對功能塊程序尚無較系統的解決方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提出一種EPA分布式控制系統功能塊程序建模及優化方法，解決系統控制程序的優化問題。

該方法將控制程序作為建模對象，通過建立并簡化其狀態空間模型來優化該程序。即根據各個功能塊封裝的算法及功能塊的組態形式，對控制程序建立狀態空間模型，描述系統外部輸入、內部狀態及輸出變量三者之間的關系，通過對模型的簡化實現對控制程序的優化。

本發明解決技術問題采用的技術方案如下：

首先對可編程控制器支持的所有功能塊封裝的控制算法建立數學模型，描述各功能塊輸入信號與輸出信號之間的關系。其次，按照程序中功能塊圖的組態形式所確定的功能塊之間的邏輯關系，將程序中使用的功能塊對應的數學模型進行組合，并運用下文列舉的簡化方法運算整理，建立并簡化程序的狀態空間模型。最后基于簡化后的模型，重新分配各狀態變量對應的內存資源，編寫控制程序，即可實現對原程序的優化。

該方法包括以下步驟：

一、功能塊數學模型的建立

功能塊作為功能塊圖的基本組成單元，是功能塊圖編程的基本要素。因此，對程序整體模型的建立應從原子級的功能塊出發，分析各功能塊封裝的控制算法，建立其各自的數學模型，為狀態空間模型的建立做準備。功能塊按功能可分為以下幾類，下面表(1)—表(11)列舉了各類中的部分典型功能塊及其數學模型。

(1)位邏輯指令

表1?位邏輯指令功能塊數學模型示例

(2)比較指令

表2?位邏輯指令功能塊數學模型示例

(3)定時器指令

表3?定時器指令功能塊數學模型示例

(4)計數器指令

表4?計數器指令功能塊數學模型示例

(5)整數數學運算指令

表5?整數數學運算指令功能塊數學模型示例

注：+和分別表示算術加和邏輯或運算；×和g分別表示算術乘和邏輯與運算。

(6)實數運算指令

表6?實數運算指令功能塊數學模型示例

(7)邏輯運算指令

表7?邏輯運算指令功能塊數學模型示例

(8)移位和循環指令

表8?移位和循環指令功能塊數學模型示例

注：表中％為取余數運算符。

(9)傳送指令

表9?傳送指令功能塊數學模型示例

(10)轉換指令

表10?轉換指令功能塊數學模型示例

(11)通訊指令

表11?通訊指令功能塊數學模型示例

二、功能塊圖程序模型的建立