LabWindows/CVI与PLC的MPI通信研究

S7系列PLC与虚拟仪器开发软件LabWindows/CVI之间可通过MPI(多点通信接口)网络实现可靠、高速的数据通信,从而完成复杂的工业现场控制和监测任务。本文阐述了LabWindowsv/CVI与PLC之间MPI网络通信实现方案,结合应用实例介绍了软件接口开发的关键技术,并通过所设计的实验测试了两种不同硬件连接方案的通信速度。此研究对此类MPI网络通信开发应用具有指导意义。

硬件集合通信中聚合树构建方法

传统的MPI (message passing interface)集合通信是基于点到点消息实现的,性能较低;而硬件集合通信具有性能高、CPU占用率低等优点,正受到越来越多的关注.硬件集合通信中,聚合树对集合通信性能具有至关重要的影响.研究了影响硬件集合通信性能的因素,提出了硬件集合通信开销模型,并以此为基础提出了构建硬件集合通信聚合树的方法.该方法主要包括3个部分:1)根据操作类型、聚合数据包大小等确定聚合树类型及聚合树宽度,从而在网络传输开销与数据计算开销之间取得平衡;2)提出了最小高度分层k项Ⅰ型聚合树构建方法,降低了跨组聚合包的个数;3)提出了构建最小代价Ⅱ型聚合树的方法,减少所使用的交换机数量.在神威互连网络中对聚合树构建方法进行了全面测试,当存在网络噪声的情况及分层k项Ⅰ型聚合树构建方法下的消息延迟相比传统构建方法下降了24%~89%;典型通信模式时,最小代价Ⅱ型聚合树使用的交换机聚合条目数相比优化前下降了约90%.

虚拟机环境下MPI/RDMA库的通信优化

RDMA是在高性能计算中应用最广泛的网络通信技术,以高吞吐、低延迟、低CPU占用而著称.随着高性能计算向云环境迁移,如何在虚拟机环境下高效地利用RDMA通信成为一个研究热点.本文针对高性能应用最常使用的MPI/RDMA通信库,提出在虚拟机环境下的通信优化方案VMPI.VMPI采用连接虚拟化、控制路径与数据路径分离等技术来满足云环境的要求,通过在数据路径上实现对大消息的零拷贝传输来降低端到端通信延迟.实验表明,相比于传统的RDMA虚拟化实现,VMPI可将MPI的点对点通信延迟减少40%左右,并可降低应用基准测试程序Graph500的通信时间占比.

通信不确定MPI并行程序的测试数据自动生成方法

通过对用不确定方式传递信息的MPI并行程序进行分析,给出测试数据自动生成的数学模型,提出相似路径概念,并将交叉思想与协同进化机制融入到人工蜂群算法中,提出一种测试数据生成算法交叉协同进化人工蜂群算法.应用该算法求解并行程序的测试数据,并与人工蜂群算法、随机法进行对比分析.实验结果表明,该方法可以求解测试数据,并降低了时间消耗.

实施MPI网络解决控制系统的地址冲突问题

应用MPI通信网络与智能模块相结合,对3套C7-633P就地监控系统建立中央监控系统,解决其中2套地址冲突的问题,同时不影响C7系统中OP7的就地监控功能。选择合适的通讯速率使MPI网络站点间通讯距离达到1 km。应用STEP 7软件和组态软件,实现中央监控。

MOC/SN耦合三维中子输运程序的并行优化

KYCORE程序是中国核动力研究设计院开发的径向特征线法与轴向离散纵标法耦合三维中子输运程序。KYCORE程序采用几何区域并行方法,可并行计算不同区域的数据。但由于其庞大的计算量以及内存占用量,KYCORE基于几何区域并行取得的时间增益不高,且程序无法再对区域中输运模块二级并行。MPI二维拓扑通信结构将不同维度的计算划分至不同通信域,适用于二维计算问题。将其应用至KYCORE程序,使几何区域和输运模块独立开,实现了在不破坏原有一维几何区域并行结构的情况下,可以进一步实现区域内部输运模块即二维维度上的并行优化。针对输运模块中的特征线法求解模块,特征线两级并行优化算法自适应地为各个进程划分能群计算任务,且各个进程动态负载均衡。针对C5G7基准例题测试,对于不同大小的算例,输运特征线法模块的并行效率达70%及以上,测试表明该结构与方法取得了明显的加速效果,具有精确性、高可扩展性。

基于PLC网络的烟泊复合生产恒张力控制

复合生产过程中的张力稳定控制是保证产品质量的关键技术之一,通过对烟泊复合生产过程的分析,提出三段式张力控制方法,分别对放卷、收卷、及中间传输部分的张力进行控制;对放卷张力控制采用磁粉制动器作为执行机构,而收卷和中间传输部分张力控制以直流电机作为执行机构,对各部分张力控制提出了相应的PI控制算法,有效减小了各部分之间张力的耦合与影响;构建了生产线张力控制的PLC网络,以SIEMENS公司的S7-300可编程序控制器为控制器,以触摸屏为人机界面,通过MPI网络实现对生产线的恒张力控制;实际生产情况表明,该系统运行稳定,控制精度符合设计要求。

基于S7-300/200 PLC和Modbus协议的电力参数采集系统

介绍了基于S7-300/200 PLC和Modbus协议的电力参数采集系统的硬件结构和S7-200 PLC的程序设计,阐述了S7-300 PLC通过MPI通信读取S7-200 PLC中存放的电量参数的过程。实际应用表明,该系统应用简便,运行稳定可靠,在工程上具有一定的参考意义。

基于S7-300的多叠网流浆箱控制系统设计

本文分析了气垫式流浆箱的工作过程和控制参数,提出了多叠网流浆箱控制系统设计要求;给出多叠网流浆箱控制系统的设计方案,结合西门子S7-300PLC列举了系统的各种配置和注意事项;该系统在实际投运中完全满足了控制系统的设计要求,总压控制在±0.5%,浆位控制精度在2.0mm～1.2mm之间。

基于PLC和人机界面的中央空调及制冷实验平台控制系统

介绍了PLC和触摸屏组合在中央空调及制冷实验平台控制系统中的应用。详细阐述了PLC程序的设计方法、设计过程中遇到的问题以及PLC与触摸屏的通信方法,并对触摸屏组态画面的设计进行了说明。PLC和人机界面(触摸屏)通信采用了MPI通信方式。目前该控制系统已经在河海大学中央空调及制冷实验平台上投入运行,运行效果良好。

动力锅炉双碱法脱硫系统DCS设计

双碱法脱硫是目前世界上应用最多的烟气脱硫工艺。本设计以双碱法脱硫理论为基础,采用西门子S7-300PLC为控制核心,上位机通过MPI通信协议与PLC通信并重点对脱硫塔PH值,碱罐液位,循环泵压力,进水口流量等现场信号进行集散在线监测与控制。

基于Myrinet的检查点一致性设计与实现

在对MPI程序的检查点系统LAM/MPI以及互联技术Myrinet的通信过程等进行简单介绍的基础上,采用协调一致性的设计方法,实现了一个基于Myrinet及其通信协议GM的检查点系统。描述了设计过程,并对实现结果进行了测试,结果表明了该设计与实现的可行性,并在结论中对还存在的问题进行了分析和讨论。

西门子PLC组网技术的研究

可编程逻辑控制器(PLC)是种专门为工业环境下应用而设计的数字运算电子系统[1],代替继电器控制系统。学校组建一个功能多样,有实际的教学研究应用的网络化实验平台。此实验平台将由控制层、现场层、管理层这三层网络组成。在此实验平台上可搭建各种PLC设备之间的通信子网。本文研究PROFIBUS现场总线通信、西门子PLC的MPI通信、工业以太网通信。在相应的各个子网下还可以实现对多种被控对象的控制实验。

机群系统中的高效全交换算法

全交换在并行计算领域中有着大量而重要的应用,例如FFT和矩阵运算等.本文在由以太网交换机分层级联而成的机群系统上,提出了高性能的全交换算法DCE和算法MCCE.这两个算法充分利用了网络中瓶颈链路的带宽,达到了通信量的理论下限,并且运用多种策略来避免通信过程中的网络冲突,从而提高了机群的通信性能.实验结果表明,本文所述的算法在消息长度较长时,明显优于MPICH和LAM/MPI中实现的MPI-Alltoall算法.最后,该算法简单规范,易于实现.

轧钢线共享WINCC服务器数据拥堵改造

简述了首秦公司轧钢部WINCC服务器投产以来的使用情况,随着轧钢部工艺配套设备逐步完善以及二级自动化和三级自动化逐步投入使用,一些不利因素逐步体现出来,如远程操作界面反应迟钝现象。主要讲解一种解决精轧机和剪切线共用一台WINCC服务器时数据反应迟钝的方法。

HIFU治疗系统自动控制设计

介绍一种HIFU治疗系统临床样机控制系统的功能和原理,并设计基于PPI/MPI协议的控制方案。

基于集群MPI的图层级多边形并行合并算法

在集群环境下,基于MPI并行编程模型和OGC简单要素规范进行并行多边形合并时,需要处理叠加图层间要素的"多对多"映射关系,由于空间上相邻的多边形在要素序列上并不一定连续,导致无法按要素序列为子节点分配任务,给并行任务映射带来了困难。本文以集群环境下的并行多边形合并算法为研究对象,通过比较叠加分析中两种多边形映射关系对算法并行化带来的影响,基于R树空间索引、MySQL精确空间查询,以及MPI通信机制,提出了6种不同的并行任务映射策略;通过实验分析和比较了6种策略的优劣。结果显示:基于R树预筛选的直接合并策略,在各算法中具有最高的串行计算效率和优秀的并行性能表现。虽然MySQL精确空间查询的预筛选过程较为耗时,但可有效地过滤掉不真正相交的多边形,从而提高合并操作的效率。因此,在集群MPI环境下,基于R树和MySQL精确空间查询的预筛选策略是解决并行任务映射难题,实现图层级多边形并行合并算法的有效途径。