云组态中FBD的形式化描述及其向C代码转换算法的研究

作     者：王涛 

作者单位：杭州电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：严义

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 0835[工学-软件工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：IEC61131-3 功能块图 云编译 转换 云组态 

摘      要：可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)是工业4.0时代和工业互联网发展的重要组成部分,基于IEC 61131-3标准的PLC编程平台软件在工业自动化发展进程中至关重要。功能块图(Function Block Diagram,FBD)作为该标准定义的图形编程语言,通过数据流的建模和数字电路基础来开发PLC程序,不需要复杂的电气知识,因此成为越来越多的开发人员的选择。由FBD开发的PLC程序可以被转换成C语言,并通过编译器编译成可执行的机器代码,然而随着技术的发展和对工业控制需求的提高,PLC控制程序的体量和复杂性都在随之增加,编译转换FBD程序所需要的计算资源越来越多。随着云计算技术的发展,一些由文本语言开发的大型程序开始使用云编译器来提高编译效率,对FBD程序的编译与转换任务也可以向云端迁移,降低本地客户端的计算压力,同时提高FBD编程软件的可维护性。为此本文做了以下工作:(1)提出基于容器编排技术的云组态FBD平台架构,为每个客户端创建一个单独容器运行FBD服务端模型并提供编译服务,在该架构基础上分别对客户端和服务端中的FBD进行形式化描述。(2)提出一种用于检验客户端和服务端FBD模型一致性的方法,并基于示例程序对这两种模型进行了案例研究。(3)提出FBD程序中功能块网络的动态划分方法,以及对功能块网络连接规范的检测方法,在此基础上将功能块网络映射为AOV图。(4)提出一种基于功能块优先级的FBD网络扫描方式,针对云组态进行优化,结合现有的两种网络扫描方式,设计相应的AOV图的类拓扑排序算法。(5)提出FBD程序中各种元素向C语言代码的映射规则和转换方式,包括设计数据类型和功能块函数的映射规则和通用模式代码。基于上述研究,对云组态FBD平台中客户端的编辑界面和基本功能以及服务端中的转换算法进行了设计与实现,并通过两个工业控制场景验证了该平台的可用性和正确性。