CN103136406B - 可视化应用程序自动生成仿真用函数代码的方法 - Google Patents
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Abstract
可视化应用程序自动生成仿真用函数代码的方法，1)采用基于实际工程设备使用的可视化编程程序，通过修改其中每个基本图元脚本代码，使每个图元生成的代码适合数字仿真程序特点；2)将可视化编程程序图元库中硬件资源配置等非控制保护逻辑功能图源的内部脚本代码清空，使其不再生成目标代码；3)修改可视化程序中的代码生成工具的代码，使得各个图元生成的代码自动合成可被数字仿真程序中自定义元件直接调用的函数代码格式；本发明极大地提高仿真用代码的生成效率，有效避免了原先人工参与过程中可能带来的错误，减小了仿真使用的代码与实际设备使用的代码之间的差异，提高了仿真的真实度。
Description
技术领域
本发明属于电力系统数字仿真技术领域，具体涉及一种可视化应用程序自动生成仿真用函数代码的方法及采用该方法的程序。
背景技术
电力系统中与电力电子技术相关的设备如高压直流输电系统(HVDC)、静止无功补偿器(SVC)、柔性直流输电系统(HVDC_Light)等得到了越来越广泛的应用。这些电力电子设备的控制保护系统逻辑非常复杂。为了提高控制保护程序的编程效率，以及提高控制保护程序的可读性，这些控制保护程序的编写不再使用C语言等代码形式直接编写，而是使用可视化编程程序(例如WinTDC、Hidraw、Accel)进行编写，然后通过代码生成工具自动生成C语言等目标代码，最后将目标代码进行编译后得到的二进制文件下载到各控制保护装置中运行。
可视化编程程序中一般包含了若干个图元库，图元库中包含了“加”、“减”、“乘”、“除”、“与”、“或”、“非”、“积分器”、“滤波器”等基本图元(元件)。编程者只要将这些基本图元按需要用线条进行连接就可编制成特定逻辑的可视化应用程序。可视化应用程序在外观上类似逻辑框图。
电力系统的构成相当复杂，其中包含了很多非线性的设备，特别是电力电子相关设备。在电力专业领域中，经常使用数字仿真软件工具(例如PSCAD/EMTDC)对电力系统进行仿真研究。数字仿真程序对电力系统仿真结果的真实度在很大程度上取决于被仿真对象模型建立的详细程度。电力系统一次设备模型一般在数字仿真软件工具中都已事先包含，并且经过了很多测试与改进，其特性与实际一次设备非常接近。而控制保护系统逻辑一般都需要仿真软件工具的使用者自己搭建，因此，数字仿真模型仿真结果的真实程度在很大程度上取决于控制保护系统逻辑搭建的真实程度。
对控制保护系统的搭建可以使用数字仿真程序工具中自带的“加”、“减”、“乘”、“除”等图元(元件)参照可视化应用程序中的逻辑进行搭建，也可以使用数字仿真程序的自定义元件功能，去调用用户自己的函数代码。而用户自己的函数代码就是可视化编程程序中的控制保护应用程序生成的代码经过修改后得到的。这种利用数字仿真程序自定义元件调用用户函数代码的方法可以避免用图元搭建控制保护逻辑的重复劳动，并且可以保证数字仿真模型中使用的控制保护逻辑与实际工程中使用的控制保护逻辑具有高度的一致性。目前这种利用数字仿真程序自定义元件调用用户函数代码方式的不足之处：可视化编程程序是根据实际工程硬件系统开发的，输入、输出接口部分代码与特定硬件密切相关，和在纯程序数字仿真中有很大不同；硬件配置等功能在纯程序数字仿真中已不再需要；所生成的部分代码在语法上与数字仿真程序所使用的编译器不完全一致；所生成的代码文件之间没有构成数字仿真程序中自定义元件可调用的函数形式。因此，可视化编程程序编写的应用程序生成的代码需要人工修改后才能被数字仿真程序中自定义元件调用。可视化应用程序的逻辑一旦有所变动，在重新生成代码后，都需要再次进行人工修改以满足数字仿真程序的要求，这在很大程度上降低了工作效率。
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发明内容
本发明目的是，解决现有问题，提供一种可视化应用程序自动生成仿真用函数代码的方法，该方法能够将可视化编程程序编写的控制保护应用程序自动生成数字仿真程序可直接调用的目标函数代码，可避免人工参与修改代码，可有效提高工作效率。
本发明目的还在于：采用基于实际工程设备使用的可视化编程程序，通过修改其中每个基本图元脚本代码，使每个图元生成的代码适合数字仿真程序特点。同时，修改可视化编程程序中的代码生成工具代码，使各个图元生成的代码自动合成可被数字仿真程序中自定义元件直接调用的函数代码格式。
本发明的技术方案是：可视化应用程序自动生成仿真用函数代码的方法，包括以下三个步骤：
第一步：采用基于实际工程设备使用的可视化编程程序，通过修改其中每个基本图元脚本代码，使每个图元生成的代码适合数字仿真程序特点；第一步中的每个基本图元代码修改的规则是：修改每个基本图元脚本代码，使其生成目标代码的语法与数字仿真程序所使用编译器要求的语法完全一致；为每个基本图元脚本代码中出现的全局变量名加上装置名称前缀，以避免不同装置代码的相同变量出现冲突；修改信号输入、输出接口图元的内部脚本代码，使其可以实现与数字仿真程序之间的信号交互。
第二步：将可视化编程程序图元库中硬件资源配置等非控制保护逻辑功能图源的内部脚本代码清空，使其不再生成目标代码；第二步中可视化程序程序中的代码生成工具生成代码的机制不变，但需要修改系统程序头文件和其它代码，保证可视化编程程序生成的目标代码可以被顺利编译；自动为每个可视化程序页生成的程序代码文件名加上装置名称和应用名称前缀，以避免代码文件名出现冲突；增加可视化编程程序生成的目标代码与仿真程序自定义元件代码之间的接口程序，使得可视化编程程序生成的目标代码可被仿真程序自定义元件调用；自动收集各可视化程序页生成的程序代码文件，统一编译与链接，形成一个或少数几个静态链接库文件。
第三步：修改可视化程序中的代码生成工具的代码，使得各个图元生成的代码自动合成可被数字仿真程序中自定义元件直接调用的函数代码格式。
本发明的有益效果是：数字仿真程序使用的可视化控制保护应用程序与实际工程设备使用的可视化应用程序相同，可以使仿真中使用的控制保护逻辑与工程中保持高度一致；将实际工程设备使用的可视化应用程序利用仿真版可视化编程程序打开，并自动生成数字仿真程序中自定义元件能够直接调用的目标函数代码，极大地提高了代码生成效率，有效避免原先人工参与过程中可能带来的错误。同时，仿真版可视化编程程序直接对每个图元的内部脚本进行修改，可以非常灵活地实现所希望得到的程序代码。本发明基于实际工程设备使用的可视化编程程序，使用修改每个基本图元脚本代码的方法，开发出一套适合于数字仿真程序特点的仿真版可视化编程程序，该程序能够将实际工程设备使用的可视化应用程序自动生成仿真程序可直接调用的目标函数代码。
附图说明
图1为本发明进行可视化应用程序自动生成仿真用函数代码的执行过程。
图2为模拟量输入接口图元分别生成工程版目标代码和仿真版目标代码的过程。
图3为仿真版目标代码及目标文件名称中加上装置名称前缀。
图4为仿真模型自定义元件调用可视化程序生成的目标代码的过程。
图5为仿真版目标代码及目标文件的生成、编译与链接过程。
具体实施方式
以下结合说明书附图，对本发明作进一步详细说明：
(1)第一步：采用基于实际工程设备使用的可视化编程程序，通过修改其中每个基本图元脚本代码，使每个图元生成的代码适合数字仿真程序特点。修改每个基本图元脚本代码，使其生成的目标代码均为C语言程序片段。如图2，模拟量输入接口图元使用工程版脚本代码将会生成DSP汇编程序片段。对该图元的脚本代码进行修改形成仿真版脚本代码，该图元利用仿真版脚本代码将会生成C语言程序片段。
修改每个基本图元脚本代码，目的是使生成的C语言程序中的全局变量名前面加上装置名称作前缀，以避免不同装置代码中的相同变量出现冲突。
如图3所示，主机CPU中的“与”逻辑图元生成的工程版目标程序也是C语言程序，但是其中的全局变量名组成方式是“应用名+变量名”。由于工程中相同功能的不同主机程序中都有该全局变量，将这些变量放入一个处理器中运行时就会出现冲突。因此，对图元的脚本进行修改，使得全局变量名的组成方式是“装置名+应用名+变量名”，就能保证全局变量名是唯一的，避免出现冲突。例如：工程版程序中的全局变量PPC_OUTPUT在仿真版程序中应改为S1_PCP_PPC_OUTPUT。
修改信号输入、输出接口图元的内部脚本代码，使其可以与数字仿真程序之间进行信号交互。如图2所示，是一个模拟量输入接口图元，其功能是把测量设备(如电流互感器)测量到的模拟量输入到控制保护逻辑中。该图元通过工程版脚本代码生成的目标代码为DSP程序。对该图元脚本代码进行修改，得到仿真版脚本代码，该图元通过仿真版的脚本代码生成的目标代码为C语言程序。此处的C语言程序不必像工程版DSP程序那样考虑与硬件设备进行数据交互，只需要通过赋值语句从仿真模型接口程序的全局变量中取值即可完成对仿真模型一次系统电气量的测量。例如：S1_PCP_UACRECA_UAC_L2_IN＝S1_PCP_PCIA_UACRECA_1_TDM_TO_801。
(2)第二步：将可视化编程程序图元库中硬件资源配置等非控制保护逻辑功能图源的内部脚本代码清空，使其不再生成目标代码。
(3)第三步：修改可视化程序程序中的代码生成工具的代码，使得各个图元生成的代码自动合成可被数字仿真程序中自定义元件直接调用的函数代码格式。
修改可视化程序程序中的代码生成工具的代码中：修改可视化程序程序的系统程序头文件和其它代码(其它代码具体化？)，保证仿真版可视化编程程序生成的目标代码可以被顺利编译；
修改可视化程序程序中代码生成工具的系统文件，自动为每个可视化程序页生成的程序代码文件名加上装置名称和应用名称前缀，以避免代码文件名出现冲突。如图3所示，“与”逻辑图元所在的可视化程序页面生成的工程版目标代码文件名为Curramp.c，而生成的数字仿真程序目标代码文件名为S1_PCP_PPC_Curramp.c，其中包含了装置名称信息S1_PCP和应用名称信息PPC_，从而可以和其它装置或应用中相同名称页面的目标代码文件区分开来，实现统一编译。
增加可视化编程程序生成的目标代码与仿真程序自定义元件代码之间的接口与任务调度程序，使得可视化编程程序生成的目标代码可被仿真程序自定义元件调用；如图4，在仿真程序中自定义新元件，在该元件的脚本代码中用CALL语句调用FOTRAN语言接口文件interface.f中的代码，进而调用专门编写C语言接口与任务调度文件main_dis.c。main_dis.c文件中包含的程序可以调用可视化编程程序生成的目标代码。通过这种多层函数调用关系可以实现仿真程序中自定义元件调用可视化编程程序生成的目标代码的目的。
修改可视化程序程序中代码生成工具的系统文件，自动收集各可视化程序页生成的程序代码文件，统一编译与链接，形成一个或少数几个静态链接库文件，方便仿真程序的链接。如图5所示，可视化程序A1和A2是在DSP中运行的程序，B1和B2是在CPU中运行的程序，在工程版的图元脚本和系统文件环境下，将生成A1.PLM、A2.PLM、B1.C、B2.C文件，分别编译成A1.o、A2.o、B1.obj、B2.obj，分别链接成A.hex和B.exe，最后分别被DSP芯片和CPU执行；而在仿真版的图元脚本和系统文件环境下，将生成A1.C、A2.C、B1.C、B2.C文件，分别编译成A1.obj、A2.obj、B1.obj、B2.obj，然后全部的.obj文件被自动收集起来链接形成Logic.lib文件，可以被仿真程序直接链接、调用。
(4)对以上各步骤实现的内容简而言之，如图1所示，对于可视化应用程序，在工程版可视化编程程序环境中生成代码、编译后得到的可执行文件可在工程实际控制保护设备中运行；对于相同的可视化应用程序，在仿真版可视化编程程序环境中生成代码、编译后得到的静态链接库文件可被数字仿真程序模型调用、执行。
可视化应用程序自动生成仿真用函数代码的方法在直流输电控制保护系统的可视化应用程序中使用数字仿真程序的自定义元件功能，去调用用户自己的函数代码的应用。
Claims (5)
1.可视化应用程序自动生成仿真用函数代码的方法，其特征是：包括以下三个步骤：
第一步：采用基于实际工程设备使用的可视化编程程序，通过修改其中每个基本图元脚本代码，使每个图元生成的代码适合数字仿真程序特点；
第二步：将可视化编程程序图元库中非控制保护逻辑功能图源的内部脚本代码清空，使其不再生成目标代码；
第三步：修改可视化程序中的代码生成工具的代码，使得各个图元生成的代码自动合成可被数字仿真程序中自定义元件直接调用的函数代码格式；
所述第一步中的每个基本图元代码修改的规则是：修改每个基本图元脚本代码，使其生成目标代码的语法与数字仿真程序所使用编译器要求的语法完全一致；为每个基本图元脚本代码中出现的全局变量名加上装置名称前缀，以避免不同装置代码的相同变量出现冲突；修改信号输入、输出接口图元的内部脚本代码，使其可以实现与数字仿真程序之间的信号交互；
所述第三步中可视化程序中的代码生成工具生成代码的机制不变，但需要修改系统程序头文件和其它代码，保证可视化编程程序生成的目标代码可以被顺利编译；自动为每个可视化程序页生成的程序代码文件名加上装置名称和应用名称前缀，以避免代码文件名出现冲突；增加可视化编程程序生成的目标代码与仿真程序自定义元件代码之间的接口程序，使得可视化编程程序生成的目标代码可被仿真程序自定义元件调用；自动收集各可视化程序页生成的程序代码文件，统一编译与链接，形成一个或少数几个静态链接库文件。
2.根据权利要求1所述的可视化应用程序自动生成仿真用函数代码的方法，其特征是(1)第一步步骤中：修改可视化程序每个基本图元脚本代码，使其生成的目标代码均为C语言程序片段；模拟量输入接口图元使用工程版脚本代码将会生成DSP汇编程序片段；对该图元的脚本代码进行修改形成仿真版脚本代码，该图元利用仿真版脚本代码将会生成C语言程序片段；
修改可视化程序每个基本图元脚本代码，目的是使生成的C语言程序中的全局变量名前面加上装置名称作前缀，以避免不同装置代码中的相同变量出现冲突；主机CPU中的“与”逻辑图元生成的工程版目标程序也是C语言程序，但是其中的全局变量名组成方式是“应用名+变量名”；对图元的脚本进行修改，使得全局变量名的组成方式是“装置名+应用名+变量名”，就能保证全局变量名是唯一的，避免出现冲突；工程版程序中的全局变量PPC_OUTPUT在仿真版程序中应改为S1_PCP_PPC_OUTPUT；
修改可视化程序信号输入、输出接口图元的内部脚本代码，使其与数字仿真程序之间进行信号交互；对该图元脚本代码进行修改，得到仿真版脚本代码，该图元通过仿真版的脚本代码生成的目标代码为C语言程序；需要通过赋值语句从仿真模型接口程序的全局变量中取值即可完成对仿真模型一次系统电气量的测量：S1_PCP_UACRECA_UAC_L2_IN＝S1_PCP_PCIA_UACRECA_1_TDM_TO_801；
(2)第二步：将可视化编程程序的图元库中非控制保护逻辑功能图源的内部脚本代码清空，使其不再生成目标代码；
(3)第三步：修改可视化程序中的代码生成工具的代码，使得各个图元生成的代码自动合成可被数字仿真程序中自定义元件直接调用的函数代码格式；
修改可视化程序中的代码生成工具的代码中：修改可视化程序的系统程序头文件，保证仿真版可视化编程程序生成的目标代码可以被顺利编译；
修改可视化程序中代码生成工具的系统文件，自动为每个可视化程序页生成的程序代码文件名加上装置名称和应用名称前缀，以避免代码文件名出现冲突。
3.根据权利要求1所述的可视化应用程序自动生成仿真用函数代码的方法，其特征是增加可视化编程程序生成的目标代码与仿真程序自定义元件代码之间的接口与任务调度程序，使得可视化编程程序生成的目标代码可被仿真程序自定义元件调用；在仿真程序中自定义新元件，在该元件的脚本代码中用CALL语句调用FOTRAN语言接口文件interface.f中的代码，进而调用专门编写C语言接口与任务调度文件main_dis.c；main_dis.c文件中包含的程序调用可视化编程程序生成的目标代码；通过这种多层函数调用关系实现仿真程序中自定义元件调用可视化编程程序生成的目标代码的目的。
4.根据权利要求1所述的可视化应用程序自动生成仿真用函数代码的方法，其特征是修改可视化程序中代码生成工具的系统文件，自动收集各可视化程序页生成的程序代码文件，统一编译与链接，形成一个或少数几个静态链接库文件，方便仿真程序的链接；对于可视化应用程序，在工程版可视化编程程序环境中生成代码、编译后得到的可执行文件在工程实际控制保护设备中运行；对于相同的可视化应用程序，在仿真版可视化编程程序环境中生成代码、编译后得到的静态链接库文件可被数字仿真程序模型调用、执行。
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