[發明專利]一種基于時間自動機的PLC程序設計方法

有效

• 申請號: 201810346468.4
• 申請日: 2018-04-16
• 公開（公告）號: CN108681445B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 王曉宇;黃青青;陳吉紅;周星;黃黎明
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06F8/20
• 分類號: G06F8/20;G06F8/34;G06F8/41
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發明公開了一種基于時間自動機的PLC程序設計方法，包括：根據工控系統的應用需求將其劃分為多個子系統，并為每一個子系統構建一個時間自動機模型；將所構建的每一個時間自動機模型實例化生成相應的進程，然后對所生成的進程進行仿真和驗證；將每一個時間自動機轉換成其對應的SFC語言功能塊，得到多個SFC功能塊以及包含所述多個SFC功能塊的PLC工程；然后根據所設計的轉換規則將時間自動機中的變量聲明、狀態和轉移邊、同步以及系統聲明對應地轉換到PLC程序中，得到完整的符合IEC61131?3標準的PLC程序。本發明能夠解決復雜工業控制系統的PLC程序設計過程中，由于狀態數目巨大而導致的編程工作量繁瑣、應用程序邏輯錯誤難以檢查的問題。

技術領域

本發明屬于可編程控制器軟件技術領域，更具體地，涉及一種基于時間自動機的PLC(Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器)程序設計方法。

背景技術

PLC是一種以微處理器為核心，在計算機技術、電氣自動化控制技術和網絡通信技術基礎上，開發出來的功能豐富、高度智能化的工業控制裝置。IEC61131標準彌補了傳統PLC控制系統開放性差、兼容性差、可維護性差以及可復用性差等弱點，在工業控制領域得到了廣泛的應用。盡管IEC61131標準編程語言定義了梯形圖(LD，LadderLogicProgramming Language)、功能塊圖(FBD，Function Block Diagram)和順序功能圖(SFC，Sequential Function Chart)三種圖形化編程語言使得程序指令形象直觀，但程序指令間的邏輯關系抽象，特別是近年來工業控制系統結構的復雜度不斷增長，控制系統的狀態數目巨大，會導致PLC程序設計工作量繁瑣并且開發周期和成本難以控制等。此外，在PLC程序調試過程中，編程軟件只能檢測語法、語義相關的錯誤，程序邏輯錯誤(如不安全序列、不可達序列、競態和死鎖等)需要設計人員按照程序逐條檢查，嚴重影響開發周期，而且隨著系統狀態數量的增加，不能保證檢查出全部邏輯錯誤。

發明內容

針對現有技術的缺陷和改進需求，本發明提供了一種基于時間自動機的PLC程序設計方法，旨在解決復雜工業控制系統的PLC程序設計過程中，由于狀態數目巨大而導致的編程工作量繁瑣、應用程序邏輯錯誤難以檢查的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于時間自動機的PLC程序設計方法，包括如下步驟：

(1)根據工控系統的應用需求將其劃分為多個子系統，并為每一個子系統構建一個時間自動機模型；

(2)將所構建的每一個時間自動機模型實例化生成相應的進程，然后對所生成的進程進行仿真和驗證，以避免出現程序邏輯錯誤；

(3)將每一個時間自動機轉換成其對應的順序功能圖(SFC)語言功能塊，得到多個SFC功能塊以及包含所述多個SFC功能塊的PLC工程；

(4)將時間自動機的全局變量聲明轉換成PLC工程的全局變量，將時間自動機局部變量聲明轉換成對應的SFC功能塊的本地變量，并將時間自動機的參數轉換成對應的SFC功能塊的輸入變量，從而完成時間自動機變量聲明的轉換；

(5)將時間自動機的狀態轉換成對應的SFC功能塊的步，將時間自動機轉移邊上的約束條件轉換成對應的SFC功能塊的轉移條件，并將時間自動機轉移邊上的變量重置和更新轉換成對應的SFC功能塊的動作塊，從而完成時間自動機狀態和轉移邊的轉換；

(6)將時間自動機之間的同步通道轉換成對應的SFC功能塊之間的同步機制，從而完成時間自動機同步的轉換；

(7)將時間自動機的實例化進程轉換成PLC主程序實例化調用各個對應的SFC功能塊，從而完成時間自動機系統聲明的轉換。

進一步地，步驟(1)中，為每一個子系統構建一個時間自動機模型，包括如下步驟：