SFC到梯形图的转换算法设计与实现

论文摘要

IEC61131-3标准明确表示,顺序功能图（Sequential Function Chart, SFC）和梯形图（Ladder Diagram, LD）是可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller, PLC）的常用编程语言。与梯形图相比,SFC将一个程序内部组织加以结构化,用“流程”的方式来描述系统的构成及各功能模块之间的关系,可以有效解决PLC软件规模膨胀、梯形图编写困难的问题。在IEC61131-3标准颁布后经过多年的发展推广,国外的PLC产品及其编程开发平台已取得很大进展,控制系统上位机图形化的编程模式也越来越受到用户的青睐。目前,国内尚没有自己独立的PLC编程开发系统,设计符合实际需求、使用方便且具有自主知识产权的PLC顺序功能图编程系统具有很大的应用价值和市场潜力,其中研究顺序功能图到梯形图程序的转换算法是一个重要的课题。本文在深入研究当前学术界关于PLC编程语言转换成果的基础上,对顺序功能图向梯形图语言转换的可行性以及转换方法、形式进行了详细的讨论,并将转换算法设计实现。首先,对顺序功能图图形网络的描述方式进行严格的形式化定义,提出了一种新颖的活动有向图（Activity on Vertex, AOV）节点定义,把SFC中的步元件与其前后连接信息相结合,抽象为AOV图的顶点,步元件之间的转换关系抽象为弧,在此基础上提出了统一的顺序功能图程序结构的表达方式；其次,利用AOV有向图作为SFC映射的载体,进一步生成以启保停电路实现的梯形图程序；然后,论述了对SFC连接方式进行检验的方法,对SFC图形网络中可能出现的语法错误进行检查、分析；最后提出了符合IEC61131-3标准的SFC设计平台的总体设计方案,包括SFC图形网络的设计、向梯形图程序的转换等技术,以C#语言编码实现；另外,对SFC设计平台的开发和向梯形图转换的研究中的一些问题进行了讨论。为了对转换算法的正确性及可用性进行测试,本人在SFC开发设计平台上以分选仪控制项目为目标进行了实验。实验证明,向梯形图程序的转化算法具有良好的效果,转换后的梯形图结构符合IEC61131-3标准,逻辑流程完整体现,转换结果在本实验室开发的CASS控制器算法设计平台上；而且在最终的项目测试验收阶段,仪器工作正常且运行良好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 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 本文所作的工作
• 第二章 PLC编程语言相关技术
• 2.1 IEC 61131.3编程语言
• 2.1.1 编程语言的发展史
• 2.1.2 IEC 61131-3标准
• 2.2 SFC编程语言
• 2.2.1 SFC的编程元素
• 2.2.2 SFC的程序结构
• 2.3 梯形图编程语言
• 2.3.1 梯形图的图形元素
• 2.3.2 梯形图的基本电路
• 2.4 SFC程序的梯形图实现方法
• 2.4.1 SFC的启保停电路梯形图实现方法
• 2.4.2 使用步进指令STL的顺序控制设计
• 2.4.3 以转换条件为依据的顺序控制设计
• 2.5 SFC程序向梯形图转换的限制
• 2.6 本章小结
• 第三章 SFC向梯形图转换算法的设计
• 3.1 转换算法的步骤
• 3.2 将SFC图形网络映射为AOV图
• 3.2.1 图论基础
• 3.2.2 SFC图形网络
• 3.2.3 SFC连接方式的抽象
• 3.2.4 SFC中跳转元件的处理
• 3.3 SFC连接方式合法性的验证
• 3.3.1 IEC 61131-3的SFC连接方式约束
• 3.3.2 连接验证的方法
• 3.4 将AOV节点转换到梯形图的梯级
• 3.5 本章小结
• 第四章 SFC向梯形图转换算法的实现
• 4.1 将SFC图形网络映射为AOV图
• 4.2 将AOV节点转换到梯形图的梯级
• 4.3 本算法中的主要数据结构
• 4.4 本算法实现步骤
• 4.4.1 SFC图形网络的栅格化
• 4.4.2 将AOV图转换为梯形图
• 4.4.3 获取顺序信息,处理串并关系
• 4.5 SFC图形设计环境的软件实现
• 4.6 本章小结
• 第五章 典型应用实例
• 第六章 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
• 详细摘要