PLC程序开发方法及装置 |
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| 申请号 | CN201710722570.5 | 申请日 | 2017-08-22 | 公开(公告)号 | CN107463147A | 公开(公告)日 | 2017-12-12 |
| 申请人 | 北京天诚同创电气有限公司; | 发明人 | 王达; | ||||
| 摘要 | 提供一种PLC程序开发方法及装置。所述方法包括：(A)获取与需要实现的逻辑控制功能对应的可执行的数学模型，并对所述数学模型进行仿真测试；(B)当所述数学模型通过仿真测试时，基于所述数学模型生成PLC程序。根据所述方法及装置，能够尽量避免进行PLC程序编码所依据的程序设计文件中存在错误，从而有效减少生成的PLC程序中的错误。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种PLC程序开发方法，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | PLC程序开发方法及装置技术领域[0001] 本发明总体说来涉及PLC技术领域，更具体地讲，涉及一种PLC程序开发方法及装置。 背景技术[0002] 可编程逻辑控制器(PLC)是一类专门的工业计算装置，其通过内部存储的用于执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数、算术运算等操作的PLC程序来控制各种类型的机械设备或生产过程，广泛应用于生产制造、交通、电力等领域。 [0003] 目前普遍采用的程序开发模式是V模型。V模型最大的优点是将程序测试融入了整个程序的开发生命周期，可以改进程序开发的效率和有效性。如图1所示，在V模型中，开发阶段分为四个步骤，分别是需求分析、规格说明、概要设计和详细设计，对应的测试步骤分别为验收测试、系统测试、集成测试和单元测试。 [0004] 虽然V模型在PLC程序开发上得到普遍应用，但它存在以下缺点：必须要等到编码结束后才能进入测试阶段，这导致在编码之前的早期程序设计阶段引入的错误要到后面的测试阶段才能被发现，很可能造成部分甚至全部PLC程序的重新编码。这不仅浪费了开发人员的时间和精力，也增加了项目按期完成的压力，更严重的情况是错误的PLC程序在测试阶段可能会造成设备或人员的伤害。 发明内容[0006] 根据本发明的示例性实施例，提供一种PLC程序开发方法，其特征在于，包括：(A)获取与需要实现的逻辑控制功能对应的可执行的数学模型，并对所述数学模型进行仿真测试；(B)当所述数学模型通过仿真测试时，基于所述数学模型生成PLC程序。 [0007] 可选地，所述数学模型是Stateflow模型。 [0008] 可选地，所述数学模型包括Stateflow主模型和一个或一个以上Stateflow子模型，其中，对所述数学模型进行仿真测试的步骤包括：对所述Stateflow主模型进行仿真测试；当所述Stateflow主模型通过仿真测试时，对所述一个或一个以上Stateflow子模型进行仿真测试。 [0009] 可选地，所述数学模型包括Stateflow主模型和一个或一个以上Stateflow子模型，其中，步骤(A)包括：获取与需要实现的逻辑控制功能对应的一个或一个以上时态逻辑命题；基于获取的时态逻辑命题生成Stateflow主模型，并对所述Stateflow主模型进行仿真测试；当所述Stateflow主模型通过仿真测试时，基于获取的时态逻辑命题和所述Stateflow主模型生成一个或一个以上Stateflow子模型，并对所述一个或一个以上Stateflow子模型进行仿真测试。 [0010] 可选地，在步骤(B)中，基于所述Stateflow主模型生成PLC程序的主程序，并基于所述一个或一个以上Stateflow子模型生成PLC程序的一个或一个以上子程序。 [0011] 可选地，所述方法还包括：对生成的PLC程序直接进行系统测试。 [0012] 根据本发明的另一示例性实施例，提供一种PLC程序开发装置，其特征在于，包括：数学模型获取单元，获取与需要实现的逻辑控制功能对应的可执行的数学模型，并对所述数学模型进行仿真测试；PLC程序生成单元，当所述数学模型通过仿真测试时，基于所述数学模型生成PLC程序。 [0013] 可选地，所述数学模型是Stateflow模型。 [0014] 可选地，所述数学模型包括Stateflow主模型和一个或一个以上Stateflow子模型，其中，数学模型获取单元对所述Stateflow主模型进行仿真测试；当所述Stateflow主模型通过仿真测试时，数学模型获取单元对所述一个或一个以上Stateflow子模型进行仿真测试。 [0015] 可选地，所述数学模型包括Stateflow主模型和一个或一个以上Stateflow子模型，其中，数学模型获取单元包括：获取单元，获取与需要实现的逻辑控制功能对应的一个或一个以上时态逻辑命题；主模型生成单元，基于获取的时态逻辑命题生成Stateflow主模型，并对所述Stateflow主模型进行仿真测试；子模型生成单元，当所述Stateflow主模型通过仿真测试时，基于获取的时态逻辑命题和所述Stateflow主模型生成一个或一个以上Stateflow子模型，并对所述一个或一个以上Stateflow子模型进行仿真测试。 [0016] 可选地，PLC程序生成单元基于所述Stateflow主模型生成PLC程序的主程序，并基于所述一个或一个以上Stateflow子模型生成PLC程序的一个或一个以上子程序。 [0017] 可选地，所述装置还包括：系统测试单元，对生成的PLC程序直接进行系统测试。 [0018] 根据本发明的另一示例性实施例，提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被配置为使计算机的处理器执行如上所述的PLC程序开发方法。 [0019] 根据本发明的另一示例性实施例，提供一种计算机，其特征在于，包括：如上所述的计算机可读存储介质；处理器，用于执行所述计算机可读存储介质所存储的计算机程序。 [0020] 根据本发明示例性实施例的PLC程序开发方法及装置，能够尽量避免进行PLC程序编码所依据的程序设计文件中存在错误，从而有效减少生成的PLC程序中的错误。 [0022] 通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的描述，本发明示例性实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中： [0023] 图1示出现有的程序开发模式V模型； [0024] 图2示出根据本发明示例性实施例的PLC程序开发方法的流程图； [0025] 图3示出根据本发明示例性实施例的分层表示Stateflow中的状态的示例； [0026] 图4示出根据本发明示例性实施例的获取数学模型并进行仿真测试的方法的流程图； [0027] 图5示出根据本发明示例性实施例的PLC程序开发模式； [0028] 图6示出根据本发明示例性实施例的人行横道交通灯的示意图； [0029] 图7示出根据本发明示例性实施例的Stateflow主模型的示意图； [0030] 图8示出根据本发明示例性实施例的Stateflow主模型的仿真测试结果； [0031] 图9示出根据本发明示例性实施例的Stateflow子模型的示意图； [0032] 图10示出根据本发明示例性实施例的Stateflow子模型的仿真测试结果； [0033] 图11示出根据本发明示例性实施例的PLC程序的主程序的示例； [0034] 图12-图14示出根据本发明示例性实施例的PLC程序的子程序的示例； [0035] 图15示出根据本发明示例性实施例的PLC程序开发装置的框图； [0036] 图16示出根据本发明示例性实施例的数学模型获取单元的框图。 具体实施方式[0037] 现将详细参照本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本发明。 [0038] 图2示出根据本发明示例性实施例的PLC程序开发方法的流程图。 [0039] 参照图2，在步骤S10，获取与需要实现的逻辑控制功能对应的可执行的数学模型，并对所述数学模型进行仿真测试。这里，所述数学模型可以是支持仿真测试且能够被转换成PLC程序的各种类型的数学模型。 [0040] 仅作为优选示例，所述数学模型可以是Stateflow模型。 [0041] 进一步地，作为示例，所述数学模型可包括Stateflow主模型和一个或一个以上Stateflow子模型。这里，Stateflow主模型可用于生成PLC程序的主程序，Stateflow子模型可用于生成PLC程序的子程序。此外，本领域技术人员应该理解，所述数学模型也可仅包括Stateflow主模型。 [0042] 具体说来，Stateflow模型可以是有限状态机的图形化表示形式，也即，控制逻辑可由图形化对象Stateflow图来描述，并且，Stateflow图支持控制逻辑的分层描述。如图3所示，Stateflow中的状态可以分层表示，状态A是一个父状态，包含子状态B1和B2；状态B2包括子状态C1、C2、C3；状态C1包括子状态D1、D2；状态C3包括子状态D3和D4。状态B1和B2的关系可以是与关系或者是或关系。如果状态B1和B2是或关系，则表示着两个状态不能同时为活跃，即如果状态B1是活跃的，则状态B2此时是非活跃的，反之亦然。进一步，如果状态B1是活跃的，状态B2的所有子状态C1、C2、C3、D1、D2、D3和D4都不能执行。这里，与父状态A对应的Stateflow图可作为Stateflow主模型，分别与上一层的子状态对应的Stateflow图可作为一个Stateflow子模型。因此，通过Stateflow模型可实现对PLC程序的层次化设计。 [0043] 作为示例，当所述数学模型是Stateflow模型时，可先对Stateflow主模型进行仿真测试；当所述Stateflow主模型通过仿真测试时，再对Stateflow子模型进行仿真测试。 [0044] 作为示例，可直接读取为了实现需要的逻辑控制功能而生成的可执行的Stateflow模型。作为另一示例，也可先读取为了实现需要的逻辑控制功能而生成的一个或一个以上时态逻辑命题，然后基于读取的时态逻辑命题来生成Stateflow模型。下面将结合图4来描述具体的示例性实施例。 [0045] 图4示出根据本发明示例性实施例的获取数学模型并进行仿真测试的方法的流程图。 [0046] 参照图4，在步骤S101，获取与需要实现的逻辑控制功能对应的一个或一个以上时态逻辑命题。 [0047] 在现有技术中，文字型的PLC程序规格说明容易出现含义模糊、有歧义的问题，而根据本发明示例性实施例的基于时态逻辑语言的PLC程序规格说明是数学形式的，具有简洁、无歧义的优点。 [0048] 作为示例，获取的时态逻辑命题可以是通过Stateflow工具内嵌的时态逻辑语言被编写的。 [0049] 在步骤S102，基于获取的时态逻辑命题生成Stateflow主模型，并对所述Stateflow主模型进行仿真测试。 [0050] 在步骤S103，当所述Stateflow主模型通过仿真测试时，基于获取的时态逻辑命题和所述Stateflow主模型生成一个或一个以上Stateflow子模型，并对所述一个或一个以上Stateflow子模型进行仿真测试。具体说来，可根据获取的时态逻辑命题，依次生成与上一层Stateflow模型(初始为Stateflow主模型)中的子状态对应的Stateflow子模型。 [0051] 返回图2，在步骤S20，当所述数学模型通过仿真测试时，基于所述数学模型生成PLC程序。这里，所生成的PLC程序在被执行时能够实现所述需要实现的逻辑控制功能。 [0052] 作为示例，当所述数学模型包括Stateflow主模型和一个或一个以上Stateflow子模型时，如果Stateflow主模型和全部Stateflow子模型均通过仿真测试，则可确定所述数学模型通过仿真测试；当所述数学模型仅包括Stateflow主模型时，如果Stateflow主模型通过仿真测试，则可确定所述数学模型通过仿真测试。 [0053] 作为示例，当所述数学模型的仿真测试结果符合需要实现的逻辑控制功能的要求时，可确定所述数学模型通过仿真测试。例如，可响应于开发人员的操作，根据需要实现的逻辑控制功能的要求预先设置仿真测试和需要达到的仿真测试结果，当所述数学模型的仿真测试结果与所述需要达到的仿真测试结果一致时，则可确定所述数学模型通过仿真测试。 [0054] 作为示例，当所述数学模型是Stateflow模型时，可基于Stateflow主模型生成PLC程序的主程序，并基于各个Stateflow子模型生成PLC程序的各个子程序。 [0055] 作为示例，根据本发明示例性实施例的PLC程序开发方法还可包括：当所述数学模型没有通过仿真测试时，显示所述数学模型的仿真测试结果，以便于开发人员参照仿真测试结果来调整与需要实现的逻辑控制功能对应的时态逻辑命题和/或数学模型，调整完成后再返回执行步骤S10。 [0056] 此外，作为示例，根据本发明示例性实施例的PLC程序开发方法还可包括：对生成的PLC程序直接进行系统测试。 [0057] 在现有技术中，通常会参照在概要设计步骤和详细设计步骤所生成的程序设计文档来进行PLC程序编码，一方面，现有的程序设计文档的形式不支持测试，如果程序设计文档不准确，则将导致后续编写的PLC程序不准确；另一方面，现有的程序设计文档的形式也不支持自动生成PLC程序。而根据本发明的示例性实施例，在概要设计步骤和详细设计步骤所生成的是可执行的数学模型，一方面，能够支持仿真测试，以避免在PLC程序编码前就引入错误，从而减少PLC程序编码中的错误；另一方面，能够支持自动生成PLC程序。 [0058] 图5示出根据本发明示例性实施例的PLC程序开发模式。如图5所示，根据本发明的示例性实施例在概要设计步骤和详细设计步骤中就能够对设计的数学模型进行测试，只在测试通过之后才会执行PLC程序编码，因此，能够有效减少生成的PLC程序中的错误，然后，在PLC程序编码结束后，可依次执行单元测试、集成测试、系统测试和验收测试。作为另一示例，也可在PLC程序编码结束后，直接进行系统测试，而不必要进行单元测试和集成测试。 [0059] 下面，以人行横道交通灯系统为例来描述根据本发明示例性实施例的基于Stateflow模型的PLC程序开发方法。 [0060] 人行横道交通灯系统是引导行人安全通过路口的一种交通控制信号系统。图6示出了人行横道交通灯的示意图，车辆沿东西向行驶，行人只能在南北向上通过马路。在东西向上，有红、黄、绿三种信号灯；在南北向上，有红、绿两种信号灯，此外，还设置有行人通过马路的请求按钮。 [0061] 1、该系统的控制需求如下所示： [0062] 1)当斑马线上无人行走时，东西向的绿灯亮，南北向的红灯亮，车辆可以高速通过路口，此时，行人禁止通过马路； [0063] 2)当行人想要通过马路时，按下请求按钮，30秒后，东西向的绿灯灭，然后黄灯亮，提醒司机减速并禁止通过斑马线，10秒后，东西向的黄灯灭，然后红灯亮，提醒司机将车停在斑马线以外，5秒后，南北向的红灯灭，然后绿灯亮，此时，行人可以安全通过斑马线； [0064] 3)南北向的绿灯亮15秒，然后红灯亮提醒路上的行人快速通过斑马线，而处于斑马线外的行人不能通过，5秒后，东西向的红灯灭，然后绿灯亮。 [0065] 2、程序规格说明 [0066] 首先，定义相关变量，通过马路请求按钮由事件E表示，信号灯亮由P(x,y)表示，其中，x表示方向，x∈{e,n}，e表示东西方向，n表示南北方向，y表示信号灯的颜色，y∈{g,y,r}，g表示绿色，y表示黄色，r表示红色。基于上述变量，下面示出基于时态逻辑语言的交通灯系统控制需求(即，需要实现的逻辑控制功能)的形式化描述： [0067] 1) [0068] 2) [0069] [0070] [0071] 上述命题P2、P3和P4中，迁移发生的时刻分别是30秒、10秒和5秒。 [0072] 3) [0073] [0074] 上述命题P5和P6中，迁移发生的时刻分别是15秒和5秒。 [0075] 由于有些不同颜色的信号灯不能同时亮，所以程序需求中还隐含有如下两个命题： [0076] [0077] [0078] [0079] 在此基础上，通过联合命题P2、P3、P4、P5和P6，可以得到命题P9，迁移发生的时刻是65秒。 [0080] [0081] 通过联合命题P4、P5和P6，可以得到命题P10，迁移发生的时刻是25秒，同样，命题P11可由命题P2、P3和P4联合得到，迁移发生的时刻是45秒。 [0082] [0083] [0084] 为了便于理解上述时态逻辑命题，作为示例，下表示出6种时态逻辑符号： [0085] 表1 [0086] [0087] 3、分层设计与测试 [0088] 根据命题P1、P2和P9可得到Stateflow主模型，如图7所示，其中，状态A1表明东西向绿灯亮，南北向红灯亮；状态A2是一个父状态，包含状态B1和B2。这里，设置状态变量temp来检验状态是否活跃，变量data来表示请求按钮的状态。 [0089] 然后，对得到的Stateflow主模型进行仿真测试，在仿真测试中，假设请求按钮每80秒按下一次，图8示出了Stateflow主模型的90秒内的仿真测试结果，状态A2首先激活，这可从变量temp值得到，65秒后，变量eg和nr值变为1，这指示东西向绿灯亮，南北向红灯亮。 可以看出，Stateflow主模型(即，父层设计)与程序规格说明相一致，满足逻辑控制要求，从而通过仿真测试。 [0090] 接下来，生成Stateflow子模型，本实施例的子层设计包含两个关系为与关系的子状态B1和B2，子状态B1的详细设计可由命题P2、P3和P10得到，其中，状态C1、C2和C3分别表示东西向绿灯、黄灯和红灯的状态。相应地，子状态B2的详细设计可由命题P5和P11得到，其中，状态C4和C5分别表示南北向红灯和绿灯的状态。图9示出两个Stateflow子模型的示意图。 [0091] 然后，对得到的两个Stateflow子模型进行仿真测试，图10示出了80秒内子层设计的仿真测试结果，变量值eg、ey和er依次变为1，这指示东西向的绿灯、黄灯和红灯依次点亮；同样，南北向的红灯、绿灯按顺序点亮；南北向同一时间只点亮一个信号灯、东西向同一时间只点亮一个信号灯；另外，每个灯的开关时间均与程序规格说明相一致，满足逻辑控制要求，这说明Stateflow子模型(即，子层设计)也是合理的。 [0092] 4、基于Stateflow模型生成PLC程序 [0093] 生成的PLC程序由一个主程序OB1、三个子程序FC1、FC2和FC3组成。图11示出的主程序OB1是根据图7示出的Stateflow主模型生成的，其中，临时变量temp需要由FC1和FC2来代替。图12和图13示出的子程序分别是根据图9示出的与子状态B1和B2对应的Stateflow子模型生成的。图14示出的子程序FC3用来输出在一个扫描周期内信号灯的最终状态。 [0094] 此外，还可按照需求对生成的PLC程序进行测试，本发明在此不再赘述。 [0095] 图15示出根据本发明示例性实施例的PLC程序开发装置的框图。如图15所示，根据本发明示例性实施例的PLC程序开发装置包括：数学模型获取单元10和PLC程序生成单元20。 [0096] 具体说来，数学模型获取单元10用于获取与需要实现的逻辑控制功能对应的可执行的数学模型，并对所述数学模型进行仿真测试。 [0097] 作为示例，所述数学模型可以是Stateflow模型。 [0098] 作为示例，所述数学模型可包括Stateflow主模型和一个或一个以上Stateflow子模型，其中，数学模型获取单元10可对所述Stateflow主模型进行仿真测试；当所述Stateflow主模型通过仿真测试时，数学模型获取单元10对所述一个或一个以上Stateflow子模型进行仿真测试。 [0099] PLC程序生成单元20用于当所述数学模型通过仿真测试时，基于所述数学模型生成PLC程序。 [0100] 作为示例，PLC程序生成单元20可基于所述Stateflow主模型生成PLC程序的主程序，并基于所述一个或一个以上Stateflow子模型生成PLC程序的一个或一个以上子程序。 [0101] 图16示出根据本发明示例性实施例的数学模型获取单元的框图。这里，所述数学模型可包括Stateflow主模型和一个或一个以上Stateflow子模型，如图16所示，数学模型获取单元10可包括：获取单元101、主模型生成单元102和子模型生成单元103。 [0102] 具体说来，获取单元101用于获取与需要实现的逻辑控制功能对应的一个或一个以上时态逻辑命题。 [0103] 主模型生成单元102用于基于获取的时态逻辑命题生成Stateflow主模型，并对所述Stateflow主模型进行仿真测试。 [0104] 子模型生成单元103用于当所述Stateflow主模型通过仿真测试时，基于获取的时态逻辑命题和所述Stateflow主模型生成一个或一个以上Stateflow子模型，并对所述一个或一个以上Stateflow子模型进行仿真测试。 [0105] 作为示例，根据本发明示例性实施例的PLC程序开发装置还可包括：系统测试单元(未示出)。系统测试单元用于对生成的PLC程序直接进行系统测试。 [0106] 应该理解，根据本发明示例性实施例的PLC程序开发装置的具体实现方式可参照结合图1-图14描述的相关具体实现方式来实现，在此不再赘述。 [0107] 根据本发明的示例性实施例的计算机可读存储介质存储有计算机程序，其中，所述计算机程序可被配置为使计算机的处理器执行上述任一示例性实施例的PLC程序开发方法。 [0108] 根据本发明的示例性实施例的计算机可包括：上述示例性实施例所述的计算机可读存储介质(未示出)和处理器(未示出)。 [0109] 处理器用于执行所述计算机可读存储介质所存储的计算机程序。 [0110] 根据本发明示例性实施例的PLC程序开发方法及装置，能够尽量避免进行PLC程序编码所依据的程序设计文件中存在错误，从而有效减少生成的PLC程序中的错误。 [0111] 此外，应该理解，根据本发明示例性实施例的PLC程序开发装置中的各个单元可被实现硬件组件和/或软件组件。本领域技术人员根据限定的各个单元所执行的处理，可以例如使用现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)来实现各个单元。 [0112] 此外，根据本发明示例性实施例的PLC程序开发方法可以被实现为计算机可读记录介质中的计算机代码。本领域技术人员可以根据对上述方法的描述来实现所述计算机代码。当所述计算机代码在计算机中被执行时实现本发明的上述方法。 |
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