基于CASS-PLC的主從模式數(shù)據(jù)通信優(yōu)化方法的研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)化通信是PLC(Programmable Logic Controller)的發(fā)展方向,而主從通信是PLC的基本通信方式,大量地應(yīng)用在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備等控制系統(tǒng)中。主設(shè)備通過(guò)讀取或?qū)懭霃脑O(shè)備內(nèi)存量,達(dá)到監(jiān)控、協(xié)調(diào)各工業(yè)儀器設(shè)備運(yùn)行的目的。而控制功能的日益繁雜和控制對(duì)象增多,使讀寫(xiě)數(shù)據(jù)量劇增,導(dǎo)致通信效率低下無(wú)法滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。因此,研究基于PLC主從模式下高效的消息機(jī)制、協(xié)議策略和調(diào)度策略具有重要意義和價(jià)值,是近幾年學(xué)術(shù)領(lǐng)域及國(guó)際大公司研

2、究熱點(diǎn)。
　　 本文以實(shí)驗(yàn)室CASS-PLC平臺(tái)為基礎(chǔ),主要工作包括以下幾個(gè)方面:
　　 (1)在分析PLC工作方式和主從通信特性的基礎(chǔ)上,提出基于PLC的主從交換式通信架構(gòu)(Master-Slaver Switched-Net Framework,CMSF),包括通信的四級(jí)層次設(shè)計(jì)描述,IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展消息功能塊屬性的抽象定義,消息的狀態(tài)驅(qū)動(dòng)機(jī)制邏輯等。
　　 (2)分析CMSF主從通信無(wú)效數(shù)據(jù)流產(chǎn)

3、生的因?yàn)?建立主從協(xié)議性能描述模型,提出離散、塊、混合協(xié)議策略,并對(duì)三種協(xié)議策略分別探討尋找地址或消息集合主從通信問(wèn)題域最優(yōu)解的算法。完成貪心算法對(duì)離散協(xié)議策略地址集合問(wèn)題域、動(dòng)態(tài)規(guī)劃對(duì)塊協(xié)議策略地址/消息集合問(wèn)題域求最優(yōu)解的完備性證明,而將離散協(xié)議策略消息集合問(wèn)題域歸結(jié)為子集和NP難問(wèn)題,提出一個(gè)多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)的近似最優(yōu)解算法。對(duì)混合協(xié)議,提出分優(yōu)先級(jí)二元任務(wù)調(diào)度架構(gòu)解決遺傳算法在求解地址/消息合并問(wèn)題域時(shí)實(shí)時(shí)性差的瓶頸,而對(duì)無(wú)多任務(wù)調(diào)

4、度內(nèi)核PLC、DCS提出一個(gè)多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)的FDAG算法。
　　 (3)抽象CMSF主從通信消息流過(guò)程,建立并行Fork-Join型主從異構(gòu)消息調(diào)度模型,提出以消息的ηi為啟發(fā)因子的HDCA調(diào)度算法,縮短異構(gòu)消息集合的調(diào)度時(shí)間；建立串行Fork-Join型主從同構(gòu)消息調(diào)度模型,提出以消息的σi為啟發(fā)因子的IDRA調(diào)度算法,減少了同構(gòu)消息集合調(diào)度的平均響應(yīng)時(shí)間。
　　 (4)通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn),闡明三種協(xié)議策略的消息集合主從通信問(wèn)

5、題域解約算法的優(yōu)劣性,混合協(xié)議策略具有普適性,FDAG適應(yīng)于輕量級(jí)PLC,CT-GA的架構(gòu)適用于帶任務(wù)調(diào)度內(nèi)核的PLC；對(duì)比HDCA與FCFS異構(gòu)消息調(diào)度算法,在消息數(shù)、從節(jié)點(diǎn)多的并行Fork-Join型下,HDCA將明顯優(yōu)于FCFS。將CMSF應(yīng)用于CASS-PLC的通信設(shè)計(jì)中,通過(guò)探紗數(shù)據(jù)分散采集控制程序?qū)嵗?從理論上對(duì)比CASS-PLC與Siemens-PLC通信性能,表明CASS-PLC通信具有無(wú)效數(shù)據(jù)流少、主從消息的處理并發(fā)度