[发明专利]梯形图程序转换成指令表程序及其编译的方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及PLC控制系统领域，尤其涉及PLC梯形图程序转换成指令表程序及其编译执行的方法。

背景技术

梯形图和指令表都是嵌入式软PLC常用的编程语言。梯形图编程语言是在电气控制系统中常用的接触器、继电器控制原理的基础上发展演变而来的，由于它与电气操作控制电路图十分的相似，具有直观性和对应性，易学易懂易掌握，为广大电气工程师所熟悉和喜爱。指令表编程语言是一种用与汇编语言类似的采用助记符进行编程的编程语言，由操作码和操作数组成，他用一系列操作指令组成的助记符号来描述控制系统的控制顺序和逻辑关系，具有容易记忆，便于掌握和操作的特点。

梯形图是一种图形化的语言，它由梯形图图形元件通过水平连接线以及垂直连接线连接组合成一定的逻辑关系来实现控制功能，计算机和嵌入式PLC都无法识别此种图形语言；指令表程序是一种类似与汇编的文本语言，指令格式更接近于嵌入式芯片的指令集，因此更容易被编译为目标代码或更容易被解释执行，为了梯形图程序能被嵌入式PLC识别，将梯形图转换为指令表是十分必要的。

梯形图指令元件众多，逻辑关系十分的复杂，梯形图程序并没有直接存储元件之间的关系，梯形图转换一直是编程环境中的重点和难点，现有的转换方法，如拓扑排序，二叉树转换，都只适用于一定的结构，对于串并联结构复杂的程序，转换过程容易出现误判。

将梯形图转换为指令表后，需要将其编译转换为底层控制器能够运行或解释执行的数据结构。当前，PLC语言主流编译系统主要有解释型和编译型两种。近来也有很多研究关于PLC语言转换成C语言，再通过C语言编译器的形式实现编译系统。

传统编译型PLC整个工作量都压缩到上位机部分，整体系统设计和开发的工作量非常大，特别是编译系统的后端构造。一旦针对特定机型的目标机设计完成一个编译系统，该系统就只能用于同类体系结构的目标机，而不能用于其他体系结构的目标机，可移植性几乎等于没有，灵活度不高，通用性极差。如果想要应用于其他机型的目标机必须得重新开发编译系统，开发难度高，开发工作量大，开发周期长。

传统解释型PLC在底层目标机中运行PLC的语义特性，特别是PLC的堆栈特性，无疑消耗目标机的大量资源，这对目标机执行的稳定性是一个严峻的考验。源程序的每一步代码都需要解释执行，对于PLC扫描周期特性而言，这无疑是很大的时间开销，特别是长时间工作的工控PLC。底层目标机可能没有操作系统，对于解释器能否正常调用执行等还是一个很大的考验，用户程序能不能正确识别也是一个问题，这极大降低了整个编译系统的可靠性。最关键的是用户开发的程序不具有试错性。在上位机编程的用户最大关心的是自己的程序有没有错误。而底层解释器通常需要借助在线调试才能报告错误，这对上位机开发人员来说很不方便。

PLC语言转换成C语言型PLC容易造成语义流失和不等价问题。因为总体上看PLC语言和C语言是有很大区别的，PLC语言是一种过程式语言，而C语言是一种函数式语言。PLC更接近汇编的风格，丰富的指令集，单一的格式来实现编程效果。C语言构造多种语法形式，少量关键字来实现复杂多变的功能，这一点PLC与C语言是不一致的，两种语言风格大幅相异，不宜做转换。同时此类系统依赖性较强，比较容易受其他因素影响，比如C编译器。后期维护升级难，功能扩展不方便，需要对转换过程重新构造，很容易造成新的问题。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明提供一种将梯形图转换为指令表的方法，其能准确的完成串并联结构复杂的梯形图程序向指令表的转换。本发明还提供一种编译与解释相结合的PLC即时编译的方法，解决了传统编译系统在上位机和下位机资源消耗和运行速度之间的矛盾，达到适合工控需求和软件研发的有效平衡。

本发明采用的技术方案为：

一种梯形图程序转换成指令表程序的方法，包括如下步骤：

(1)将梯形图程序转化为有向图，根据水平连接线和垂直连接线判断图形元件的直接后继元件，添加到对应邻接链表中，建立梯形图的邻接链表表示；

(2)引入能流阶级，给梯形图中每个顶点设置一个阶级；

(3)引入辅助节点，梯形图中每个图顶点添加一个辅助节点，辅助节点保存该节点与下一阶级中相连的顶点；

(4)插入虚顶点，在阶级不连续地方插入虚顶点；

(5)合并辅助节点，根据辅助节点的出度和入度进行合并；

(6)并串联归并，根据元件阶级和辅助节点的出度和入度进行并串联归并。