确保可靠性的PLC程序的形式

1、确保可靠性的PLC程序的形式摘要现存的PLC程序的复杂性决定了他们很难被处理或修改。为了克服这一困难近年来人们对PLC程序的形式越来越感兴趣。正式的方法能够提供给PLC程序的发展，原因在于人们对安全意识和质量意识的增强，这些方法就作为中间环节来分析和核实这些程序。这个可以通过核实和证实来获得。而且正式方法也支持已经生效的PLC程序的再使用来适应新的产品需求。本章尝试了不同的可能性为的就是使PLC程序正式化。解释了不同选择对象的预置和合并。本章根据达到标准的选择对象概括了使用在PLC程序中的定时器和计数器。关键词：PLC程序；正规化；IEC；定时器和计数器.介绍可编程序逻辑控制器是工业微型控制系

2、统,其内部的硬件和软件很适应于工业环境。由于工业开始认识到质量提高的需求和生产力的提高，70年代早期提出的PLC已经受到很多关注。其灵活性也是关注的焦点，它包括了为了满足消费者需求而迅速改变过程的可能性。PLC的目的是通过产生与电气过程相关的输入信号响应的电气输出信号来控制一种特殊的程序或程序的采集，由PLC控制的系统随着在生产，化学过程控制，机械，运输，电力分配和其他各领域中的应用而改变。PLC用来控制简单的设备。在内部逻辑的基础上，他们用来连接输入，例如开关，数字传感器等，和用来打开或关断输出设备。尽管如此PLC的使用已经将其运用到控制复杂的生产应用领域中。对于PLC程序的正式化有两大原因

3、。一是对现存系统正式的核实和证实模拟和分析，原因在于安全意识和质量意识的增强。二是涉及产品和自动化体系的恒定进程。这意味着为了适应新的产品需求，不得不改变现存的程序，或不得不将其移置到新的控制器硬件中。由于没有对能够使用到这些任务的程序变量的正式描述，所以只能通过存在的密码才能对其进行描述。这个唯一的其它方法是设计一个安全新的设备本章的结构如下。首先给出了对PLC的简要介绍和对根据西门子step-5的特殊程序技术的简单描述。第部分主要讨论了对PLC程序的转变到正式表示的不同调查。由于这些调查，在第部分我们阐述了我们已经发现的最可能和最紧密的定时器和计数器。. PLC在带有PLC工作下的一个缺点

4、是有很多卖主和发明者，这很难综合提高不同的场合应用。IEC61131，国际统一标准的用来在不同产品中增强兼容性对外适应性和共同使用性的可编程序控制器。这个在不同产品中标准的第三部分定义了一套五种程序语言。其中之一是指令集，一种形状类似于装配线的低水平测试语言。IL起源于欧洲，被认为是PLC语言，在其中所有的其它IEC61131-3语言都能被翻译。这种呈现出的方法不是基于由IEC提出的IL的标准形式，而是基于卖主特殊的step5 IL（用于西门子PLC最后一代）。这种语言多年来在德国一直被认为是标准的，相关的硬件现在已经不再生产。这意味着在工程应用方面将有一种好的方案。step5 PLC的软件应

5、用在半控制形式下，主要有下面四种模块：OB：组织模块，为以一列程序模块的形式出现的用户程序的管理服务。PB：程序模块，在这一模块下用户程序被定位在结构组。它只包括二进制运行。DB：数据模块，这个模块包括数据，用户程序在这些数据下工作。FB：函数模块，这个经常用来测试频率或非常复杂的函数。FBS中的PLC是一种混合形式，也就是数字和二进制操作。除了这些普通的模块外，step5还拥有像定时器和计数器这样特殊的模块，这些模型的形式将在本章阐述。PLC在精确的执行周期下的点模型下运行。这些过程包括三步，（图1）依次执行。在“读入信号”这一步，PLC读入所有输入值而且将他们拷贝到内部的输入映像寄存器PA

6、E（图2）。在执行用户程序阶段，PLC执行已经进入PLC寄存器中的用户程序。在step5中，用户程序的运行随着OB1而开始，OB1在整个PLC中可以影响其它模块。规则系统将执行结果输入到输出映像寄存器（PAA）。而且他们可以到输入映像寄存器中去读取或数据或将数据写入输入映像寄存器。在“输出信号”这一步，PLC将输入映像寄存器中的数字拷贝到输出模块。要注意到程序也能从PAA中读入。PLC程序编写的最重要一步是对状态定义的理智性选择，这里，需要审查不同可能性状态变量程序中PLC运行的影响。除了PAE，PAA和外部寄存器中的这些操作的影响，其还影响和状态字一样的执行算法的程序计数器。状态字是八位的。

7、每一位代表一个结果。这可能是一位或一个字节。这些显示通过运行而改变。表3给出了状态字的目录。表表明了显示结果。假设设有考虑二进制操作，那么只有CR是重要的，但是假设数字操作或定时器和计数器是有效的，那么检查PLC其它部分是重要的，如AKKU1和 AKKU2。. PLC程序的改进A. 二进制程序的变革我们的工作是尝试不同的可能性将控制程序转移到有限的状态机器，下面将对其进行阐述:1 在第一步改进中，状态范围包括VKE（CR），程序计数器（PC），变量和输出。考虑所有单操作的可能性。对于二进制操作，最多有两种可能性。通过这一改进，强大的分支产生了。这意味着状态的数量变的很多。因此，为了避免这些状态

8、的过热这种可能性是行不通的。2. 第二种可能性包括了程序的改进4。除此之外，Q是一组状态，包括（V，a，m）形式。V 代表变量，a 是累加器，m 是程序计数器。状态间的过渡描述了操作执行的影响。输出分配没有明晰的显示。这可以在所有的状态中储存。前言：对于简单程序，这种表示是清晰的。只有分支和一些受限制的状态。结论： 状态包括所有输入，输出，变量。累加器和程序计数器。这意味着状态的内容非常多且需要一种容量大的储存器。 通过变量描述了输出，这可能导致下一周期的矛盾性。 过度过程描述了一种操作过程的执行，不是输入变量的说明，这个否认了正式的有限状态机器定义3第三种可能性是我们所关注的在4后的自动装置

9、的最优化。合并同一种类型的各个部分的操作，以便于形成连贯体系这会导致状态的相消，原因在于合并的过程。4为了达到涉及状态数量的最优化合并同类型的操作是有定义的。因此，在第一步中将控制程序设置为最优，这里它由IF-THEN-ELSE状态描述。然后，第二步这些状态被转移到机器中。这个状态只包括程序计数器和变量。状态和输出依赖于和原始状态。输入和输出被分配给过渡过程。 这个过程导致了在形式IFexprTHENstatm1 ELSE statm2中的一系列IF-THEN-ELSE状态。这些能够转移到状态自动装置中去。在改进过程中，程序计数器最终从模型中移去。输出值和内部变量没有储存在自动装置状态中而是另

10、外的变量中。从原始状态开始，每一个IF-THEN-ELSE状态导致一个新的状态。Expr对应于输入信号，statm1与过渡过程的输出信号相匹配。如果没有ELSE从句，那么另外状态间的过渡过程随着作为输入信号的NOT expr和作为输出信号的statm2而产生。如果机构包括no ELSE从句，就没有输出产生，用空括号表示。分支只因在自动装置 中的传流的跳跃而造成。前言：这种非常简单的程序表示法可以以自动装置模型的形式表示。它与正式的自动装置相符合（输入过程输出）。 结论： 如果状态不变化输出保持不变。储存器是不可避免的，它储存了所有的输出信息，如果有必要可以在一个周期结束后的一个新的周期的一步内

11、处理好输出信号。（图2） 需要外部时钟来触发单个操作。5 在机器理论中，状态包括储存器的函数。已经升级到了第5个版本。这里输出信号是一部分状态。这表明输出只依赖于状态，然而状态也只依赖于输入和原始状态。输出间按的依赖于输入。这个机器的定义与电机相符合。现在，状态包括于程序计数器，变量和输出。前言：正式的自动装置保持原样（输入过程输出）输出依赖于整个过程。总结：在处理单个操作步骤之后，外部时钟是必须的。过程结尾状态必须定义，此后，输出给PAA且获得一个机器新的过程。为了避免外部储存器，引进改进之后的电机。然而，考虑到其它因素可以明显看出设有外部储存器这种模型是一个能运行的，因为它将于在过程中的状

12、态储存的输出发生产值。而且在这个机器中不能保证在每一周期后能得到输出信号。如果能去除外部存储器，改进之后的机器又会重新起到重要作用。状态的内容和数量很少而且正式条件下电机的改进是足够的，这一点很占优势。随着对这种机器的检测，很清晰的可以发现程序计数器起到的作用大。6与上面提过的原因相关，已经提出了第六种改进方法。它与改进4的电机相似。计数器被消去，变量存储在外部存储器。输入与输出分配过度过程，就控制程序而言，这个机器被嵌入一个完全的模型中。（表2）。自动装置代替PLC算法，以同样的方式被处理。过程随着自动装置输入信号的读入而开始，过后，自动装置被初始化，变为原始状态。需要时钟来发起过程的开端，

13、这个过程在自动装置的一个最状态结果。在周期的最后过后，输出信号被写出且被转移到输出模块（PAA）。上面所提过的PLC程序的形式被限定到PBS（即二进制算法），定时器和计数器，使用与PLC操作相符合的相关代码，FBS的进展就会有希望了。在下面PLC程序的基础上（表），在表中可以对比不同的上面所提到过的改进方法。对比结果给出了涉及状态的数量，过渡过程的数量和状态内容的不同的可能性间的差异。根据在选择对象6中解释的变革，下面得解释PLC程序的形式。转化PLC程序为IF-THEN-ELSE状态，如下所示，再一次的将这些状态模型转化为六个状态的自动装置。要注意到除初始和最终状态之外的所有状态的数量与IF

14、状态的数量一样。过度过程中的I3和O3标在自动装置的输入和输出上。要注意这个变换中的地址是虚拟的，用在这里只表示PLC原始代码中的相关标识，这个代码从IF状态开始。B结论二进制程序正式表示的结论是一种机器的斑点形式（改进6）。和其它表示形式相比的一个优点就是他继续保留了正式的机器。而且它还受到保护，原因在于机器嵌在整个控制程序的模型中，这样在新的一个周期中涉及输出和变量的话就不会出现矛盾（CF表Z）这样表示的方法前提是变换过的控制程序要转换为IF-THEN-ELSE的正式形式。这种改进允许了涉及状态数量机器的最优化。因此机器的再次使用是不可能的，然尔，间接的通过程序的正规形式化的方法能使其变的

15、可能。 计时器和计数器的形式描述A、建立计数器的操作模型。有个计数器，计数任务可以直接由中央处理器完成。它可以向前计数也可以向后计数。计数范围限定在三位数（000到999）。在中央设备的存储器中计数器归为操作的范围，计数器在操作领域中建立了16位字节。这个计数器包括状态位和计数值。有个状态器的操作，AKKU1的内容被转移到作为计数值的计数器中。在计数器的0位到9位二进制代码中接收累加器中的07位到11位的二进制转化为十进制（BCD）值。对于各自的操作控制，输入（表4）2V（向前计数）2R（向后计数），S（设置）和R（重置）表示相关的逻辑操作。输入2W是相关值，其作为一个计数值传送到操作S中去。

16、Q是二进制，DU是双重，DWE是计数器的十进制输出。计数字的结构如TABLEU所示B、自动装置模型中计数器的正式扫描和合并。为了将计数器和机器模型合并在一起，对于与计数功能相关的操作，必须要调节其改进规则。这些规则必须适应二进制程序规则。在IF-THEN-ELSE语句中可以看出。根据上面提过的转换6，这些语句被进一步转换到自动装置中去。作为独立模块的部分自动装置被运用到二进制和数字程序的自动装置中去。电流结果（VKE）是相关输入的分配。表5给出了向前计数转换的例子，这种计数由下面给出的IF-THEN-ELSE语示所模拟注意在这类计数器中第13位非常重要。其实种类的计数器的转换能够模拟的采用到这

17、类计数器中对于计数器的运行，操作（ZV）是个够的，更确切地说需要其来检查使用AND操作（UZ5）的计数器状况。C建立定时器的操作模型利用定时器可以监管时间运行，定时器主要用于延迟阶段，监控时间，脉冲发起，在中央设备存储中的操作范围内，定时功能表示一个16位字。在这一时间里可以容纳状态字，时间光栅和电流值。有状态字时间功能就能进行。时间光栅提供了短暂的时间间隔，在这里电流减少到单元值。电流值给出了离开整体的数目。输入（表6）运用逻辑操作来控制定时器的启动。输入TW表示一个值，当定时器启动时这个值被作为时间字使用。Q是二进制，DU是双重，DE是定时器模块的十进制输出，时间字是这些位的混合物，如下表

18、所示：TABLE定时器的开启有五种类型，每一时刻，这些时间类型都能有一个是开启的，有脉冲SI，延时脉冲SV，开关-打开-延时SE（与IEC中的TON比较），存储开关-打开-延时SS，和开关-断开-延时SA，当定时器运行时，AKKU1的内容会随之变化。在时间字的位0到位9的二进制代码形式里接受AKKU1的位0到位11中的BCD电流时间值。来自AKKU1的位12和位13表示时间光栅，他们被转移到时间字的位12和位13中。 D自动装置中的定时器的形式描述和合并定时器中的形式描述与计数器一样，且根据NO。6，它是基于转换的为了解释定时器的形式，将开关-打开-延时作为一例子。当考虑到相关和调查暂态特性时

19、，可以完成对其它模块的正式化，（表7）。如果在时间开启输入中电流结果由0变为1时，定时就开始。在程序周期的结尾它将停止。有可电流结果0，定时器就被重新设置，如果时间不跳动且在开始输入中的电流结果为1时，单状态的传输给调查结果1，如果重新输入电流为0时调查结果为0。根据开关-打开-延时的暂态特性和使用选择对象6，图8中画出了对于时间函数的饿自动装置，这个时间函数由下面所示的IF-THEN-ELSE语句所模拟。 结论PLC程序的正式化对于机器的更好运行提供了技能。我们的任务是调查不同的可能性来正规PLC程序。通过所有的调查我们能够做出决定。可以将此决定描述成为模型的复杂性很相似。这是正式方法的主要

20、缺点，这种正式的描述不仅适合于分析，掌握和PLS的模型，而且它还允许将其与其他部件合并，例如SIPN5，这对于运行和核实来说是很重要的一步。很有希望将其引用到数字程序的形式中，这项工作被限定在正式的表示法中，能使用6中已经提过的PLC程序的XML格式来完成此形式，这个转化的重要性是克服出版者特殊格式，且 从XML技术中获得利益。1作用的介绍这个部分介绍FX2N-2LC 的作用。为各个作用设置, 以后参见描述在缓冲记忆(BFM) 。PID 控制简易的PID 控制以二个自由程度PID控制方法是通过设置每个常数P (比例), I(缺一不可的时间) 和D (延伸时间) 获得稳定的控制结果。但是, 如果

21、各个PID 常数是因此集合对设置的反应 将变好。对干扰的反应 成为恶化在PID 控制。相反, 如果各个PID 常数是这样集合对干扰的反应 变得好, 对设置的反应 成为恶化。FX2N2LC 进行简单的PID 控制以PID 常数体会对干扰的好反应被采取并且反应 形状对设置的可能被选择象或者快速 的二个自由程度, 中等 或减慢 。PID 常数反应的 设置和选择对设置的可能进行使用缓冲记忆常规PID 控制当NIU 常数被设置以便对变化的反应在设置值上变得好对变化的反应在设置值上 对干扰的反应设置值 设置值在设置值上当PID 常数是这样的对干扰的反应变得好的集合,对变化的反应 对干扰的反应设置值 设置值

22、在设置值上简单的PID 控制以二个自由程度对变化的反应 对干扰的反应设置值 设置值12过度保护功能通常在PID 控制, 当偏差继续久时间, PID 算术运算结果超出有效的范围(从0 到100%) 的操作数量。此时, 既使偏差变得更小, 需要某个时候直到产品来临在有效的范围范围内由于缺一不可的操作。结果, 实际更正操作的施行被延迟, 并且过击发生。当RFB 防幅器作用不被提供 当RFB 防幅器作用被提供过份数量在产品防幅器上限之上反馈对缺一不可的价值, 并且算术结果举行在上限值时。操作数量 操作数量 2Two-position 控制当比例带(p) 价值被设置到0.0, FX2N2LC 执行two

23、-position 精确进行。在two-position 控制, 控制产品(MV) 被设置至开当测量值(PV) 比温度设置值大的(SV) 或当测量值(PV) (SV) 比温度设置值小。当调整敏感性(死区域) 被设置, 重复转动开关产品在温度设置值(SV 附近) 可能被防止。但是, 如果调整敏感性(死的区域) 被设置对大价值, 向上/向下波动相应地变得大。如果调整敏感性(死的区域) 被设置对小价值, 变化(猛烈重复转动开关) 也许由测量值的小动摆造成。3 自动定调的作用31 AT自动调定在(自动定调) 作用测量, 计算和自动地设置优选的PID 常数与集合温度符合。当在施行命令(CH1:BFM # 20, CH2: BFM # 29) 被设置对1自动定调执行。(自动调定可能任何时候开始从任意状态在电源被打开之后, 当温度上升或当控制是稳定的。) 当自动定调开始,