模型驱动开发的PLC软件

1、模型驱动开发的PLC软件,数控机床 迈克尔楼Zaeh 克莱门斯Poernbacher .晚一体化软件工程纳入机发展和得不到适当的发展精神工具.更多的障碍是由不足之间.模型驱动开发的PLC软件摘要：模型驱动开发的PLC软件,数控机床 迈克尔楼Zaeh 克莱门斯Poernbacher .晚一体化软件工程纳入机发展和得不到适当的发展精神工具.更多的障碍是由不足之间.关键词：PLC类别：专题技术模型驱动开发的PLC软件，数控机床 迈克尔楼Zaeh æ克莱门斯Poernbacher 收到： 07年7月30号/接受： 2007年12月21 /网上公布： 2008年2月19号 德国学术学会生产工程

2、（ WGP ） 2008摘要PLC软件开发为现代机器工具正变得越来越困难，因为越来越多功能和由此产生的复杂性。一个方法管理这是所提供的模型驱动开发精神的控制软件。然而，这一创新发展的方法需要一个过程，是以适应具体的应用领域，适合建模技术。本文介绍的方法适当的机床。重点是引进必要的描述技术和方法其使用的产品开发。关键词 计算机辅助工程 可编程序控制器的软件开1简介发展高产机床 其特点是要求高可用性和 增加的功能和自动化程度。这个导致更加复杂的机器，尤其是 关于软件的激活，统筹 和监测功能的个人电脑。 Manag-技术的复杂性，需要跨学科合作各部门之间的参与发展 1 出于这个原因，并进一步减少时间

3、市场和产品开发成本，并行和 同步发展的任务（并行工程 工程）是一个基本的前提，成功地实现 未来生产系统 2 。 并行工程要求使用现代 发展方法和重新设计建立亲 cedures 。虽然模型支持静态和动态设计机械。结构通过采用有限元法和抵押贷款证券 方法已经被广泛应用于工业，基于模型的发展机床控制软件还没有陷入对现实世界中。这是尤其如此PLC的软件，该软件实现技术和与安全有关的职能。造成这种情况的原因包括： 晚一体化软件工程纳入机发展和得不到适当的发展精神工具。更多的障碍是由不足之间的协调学科参与和大量的资源，以创造必要的数字模型。这些问题都可以追溯到缺乏适当的跨学科建模机制指定机床，以及缺乏一个

4、持续程序开发的控制软件 3 ， 4 。本文将提出的方法，模型驱动，即使发展的PLC软件，数控机床。以下讨论了模型驱动软件开发， opment的一般的发展要求环境和方法，为此将描述。此后，不同的抽象水平建模的软件和硬件组成部分 机床将提交。这些提供了基础提出合适的建模方法，并把它们到了跨学科的发展进程。此外，更重要的是，基于仿真的验证和优化发达国家控制软件2模型驱动软件开发（ MDSD ） 模型驱动的开发 5 的技术系统，基于不同的发展领域的具体文件，使用抽象的模式，以确定多层次的功能系统组件之间的关系（图1 ） 。这些详细情况正在进一步的发展历程亲流程和丰富的资料。此后，专门发电机创造必要的项

5、目文件直接从模型 6 。为软件开发，基本思想是建立一个可执行的功能模型的软件在早期阶段的发展进程的基础上要求规范 7 。这为起点，所有随后的分析与设计有关的发展步骤。后来，一个执行模式是建立在此基础;最后，生成可执行代码。阿迪斯丁-guishing特点MDSD是，建立模型，在首先，独立平台（个人信息管理） 。该系统的行为是描述分开后的物理和软件与技术有关的执行情况。逐步完善模型发生对执行定制模式的选择目标平台（模块） 。努力创造模式可以减少自动化模式的转变，和总结的一代目标代码。 3关键要求的模型驱动开发 可编程序控制器软件机床 模型驱动开发的PLC软件要求实际的现实世界的方法。与此同时，一些

6、对特定域的要求需要加以考虑审议（图2 ） 。由于高度的复杂性现代机床，是片面的，软件为导向的的观点已不再是足够的发展时， PLC的程序。相反，性能和结构设计机床必须考虑尽快作为发展的开始。的行为electrome - chanical ，电气，液压和气动元件机器（以下简称硬件组成分量）和软件组件和他们之间的互动必须必须有足够的模型精度和用于开发控制职能。当选择合适的建模机制，为此，有必要考虑 不同的思维方式的各个学科参与。机械设计工程师，主要 感兴趣的序列机和行动其组成部分的设计，并确保无碰撞设计和易用性大会。软件开发商往往有一个信号和逻辑为导向的观点。其重点是明确解决可能机国和设计错误处理机

7、制。软件开发者必须有机会验证和优化开发的功能在早期阶段的发展。这就需要提供模拟工具，允许核查和佣金技术的软件为基础的虚拟模型的机器工具。为了让一个灵活适应的发展精神的任务，都必须启用模拟简单序列进行测试和可视化的基础上进行为期3三维模型，并允许现有的硬件和协商控制部件集成。为了使这项工作所需的建模到最低限度，有必要重复使用以前生成的信息并逐步完善过程中的模型组件的发展历程的先决条件，这是一个正式或semiformal代表机床系统。这也使得机制实施为一致性检查和模型验证 8 。毛皮thermore ，有条不紊的程序必须提供图。3抽象级（示意图） 为了有效地使用模型驱动开发接近。这必须考虑到这两个

8、部门和组织各方面的制约，并指定模型的概念应该用来在一定的发展阶段和何种目的 9 。 4抽象级 来自真实世界的执行模型驱动的开发，opment办法，一个多层次的程序建议 （见图3 ） 。第一步是确定和模型的基本软件功能的协调与机械设计团队。执行，既在软件技术的学和硬件设计水平，是次要的这里。什么是关键，是要明确如何逻辑序列的某些功能出现，以及发展有共同的理解功能的机器，尽管不同的术语和思维方式的发展领域的参与。即使在这种早期发展的opment阶段，重要的是要考虑的结构设计机床。这使得控制亲克将模块化，使其更容易实施改编为个人客户。与此同时，它是比较容易重复使用现有的软件模块，并避免成本和时间密集

9、的发展循环。一旦基本的软件功能已被阻止，雷区，系统模型，必须详细和扩大更多的功能。这些特别是涉及到软件相关的部件，如增加看门狗时间，互锁或操作模式。此外，复杂的职能必须指定详细。其目标是充分说明和正式的结构和行为的开发系统。这还必须考虑到帐户的技术实施。其结果是平台特定模型的硬件和软件部分机床最后一步是生成的目标代码从平台的具体模式。然而，自动代码生成，化，需要进一步完善的模式它是要确定如何在个人模式构建的转变成目标代码，并协商约束需要时必须考虑到这样做。那个整合现有的代码片段从图书馆或系统供应商也必须考虑进去。在机电性能的机床和由此产生的复杂性需要一个反复的建模过程。为了让重新设计工作的最低

10、要求，它有必要把模拟方法在各抽象的水平。这使得该软件的功能是验证在早期发展阶段，但必须适应 具体的详细程度的模型。5基本概念建模机床系统理论的方法 10 建议建模的机床。机床系统同时PLC的软件和硬件组成部分机床，细分根据自己的等级chical结构。每个分系统已确定投入和输出端连接到对方根据信息流，物质和能量之间的个别子系统。此外，在确定行为 被分配到每一个子系统。模拟机工具，符号元素的统一建模语言（联合马列） 11 ， 12 ，一个标准化的符号语言开发应用软件的个人电脑和嵌入式系统，是使用。要素SySML 13 14 ，改编自系统工程领域，是还利用。以下章节详细的考试，个人化的步骤，建模和结

11、构用于这一目的。 6建模机床结构 尽管机电性质的现代机床，机械设计仍然起着主导作用在发展。它确定的结构设计 机，并在模型的形式，组成天，克（图4 ） 。软件开发扩展这一图中添加相应的软件模块，从而确定结构设计PLC程序。在这样做的因此，必须特别注意维护最大可能的对称性之间的软件成分，分量的重要部件的机器。这个避免混合硬件特定的行为和控制的行为，再利用所产生的模型是大大简化。该模型的机床硬件组件提供了基础模拟根据测试的开发计划。使用现有的模型组件也变得容易。 离散描述工具可用于模拟行为的PLC软件。这些都只有有限的适宜测绘行为的硬件组件。杂交描述性工具 15 适用于根据自己的使用物理行为。这使得

12、连续和离散行为特征加以明确。7高级别建模的机床行为作为分析阶段的要求职能得到执行的记录和结构。印第安纳州现实世界的实践中，这样做是通过口头协议注释和领域特定文件。差异系统之间的相互理解和机械设计软件开发领域，以及误解，因此在发展中的安全漏洞未被发现，直到去 软件投入运行的实际机器。联合协调可以提高创造一个正式规范法的职能实施的形式，功能模型的机床。要做到这一点，我们建议修补使用序列图（图5 ）结合三维运动学模型和一个可执行功能模型的机器的硬件组件。这种功能的模型定义了一整套摘要职能其中某些部分必须完成，没有参考erences一个具体的执行。序列图是鉴于模型机床。他们转让行为的具体方面系统的结构

13、单位。重点是展示个别子系统之间的相互作用。序列天，克描述这两个层面。通信合作伙伴（生命线）安排从左至右。一个（虚构的）时间轴线延伸从上到下。如果模型分析在垂直方向的顺序个人通信的步骤是显而易见的。这是基于信息，所代表的箭头，并所描述的注释的名称。一个消息的开始生命线，其发送和接收端上的生命线。如果一个收到邮件的发送者是未知或谎言范畴以外正在审议中，或如果是发送到 接收这种类型，它是不会显示在图。活动时间较长的顺序确定图表的更广泛的生命线。在指定的范围内PLC的功能，这些都是特别适合图。 5序列图代表行为的混合功能的硬件组成部分。先决条件相互作用可以代表sented在序列图的所谓的国家不变。因此

14、，通信只能如果发件人和/或接收履行代表的限制由国家不变。否则，执行互动将是错误的。此外，时间约束约束可以指定。这就有可能蔓延客户出于某些机器所需的功能筹措个别subfunctions 。第一步，在确定一个函数执行是确定的通信合作伙伴。由于不变的结构，机器硬件和PLC程序，这些可以直接分配给的组成分量机床。在又一个步骤，抽象功能的机器硬件组件参与在通信必须模仿。数学确定位置的关系，价值观作为一个功能时间特别适合指定运动有关的职能。要素布尔逻辑适合确定静态功能。这方面的例子是激活的传感器和开关液压或气动阀门。当建模，重要的是要确保该功能是明确界定，并提供一个接口部分，因此，可以加上的邮件中的序列图

15、。接下来，连接到一个三维运动学模型的机器。这可以从现有的CAD模型没有很大的努力，并有利于讨论和共同规范的机功能筹措的软件开发，机械设计工程师和客户。虽然动作的可视化直接耦合的位置值运动学机器斧头，静态功能是由一个变化可视化中的相应部分中的运动学模型。一旦行为的硬件组成部分机器一直定义和连接因子-马蒂奇模型建立，实际规格软件功能，可以进行。据理想的职能，国家不变量，消息和活动是模仿一步一步来。通过整合更多的模拟化功能集成到一个合适的开发工具，指定机器的行为可以观察，讨论和，如有必要，纠正，直接在三维模型，在其报告中明确提出的方式进行。此外，碰撞可以侦测，以及空间和可达性分析，可进行。8详细级建

16、模的机床行为在技术实施机功能筹措机械界定，进一步完善模型发生。与功能建模序列图，在这种情况下，系统组件模型只是部分，完整的定义化的行为是个别的系统组件现在在前台。有限机器人已证明有用的建模软件的行为。具体地说，规范的形式，状态机图（图6 ）建议。这些图表是基哈雷尔statecharts ，同样部分UML和提供软件开发人员提供充足的方式看机床系统。状态机的定义是一种有限的国家数目，过渡，触发器和警卫。这正是一个有效的国家在任何特定时间。每个国家都宣布的名称这是唯一的，其结构方面。行动（活动）被处决，在激活的注释本名字。这些描述之间的信息交流组成部分的软件模型。他们还使用申报简单的算术和布尔歌剧筹

17、措。根据他们的执行，区别是三种类型之间的活动。 ''读''和出口'' '' 执行一次活动时，进入或退出的状态。 ''不要''活动，另一方面，是反复进行，直至过渡到下一个国家。要指定过渡从来源国为目标的国家，过渡，触发器和警卫使用。虽然只是过渡界定国家之间的转换，可，触发器描述事件必要作此用途。在PLC 计划的变化信号国机（传感器值） ，内部要求的控制系统和用户的投入被用作活动。一种特殊的触发被称为'' TimeTrigger'' 。它可以引发转型或之后一定的时间。附加

18、的限制，所谓的警卫，可以分配给一个触发。这些必须得到履行为过渡到一个国家举行。构建区域存在代表并行活动。这使得累积行为的一个组成部分来加以说明使用多部分机，帮助减少复杂性。当模型的行为的硬件组成，分量机床，时间问题，逻辑 行为和行为造成的错误是主要兴趣。离散，图形导向建模机制不适合指定这种行为。的确，连续/离散的行为也可以模仿使用混合自动机，如在 16 。然而，这种技术可以理解的身体面向机器设计工程师不仅与困难。相反，块导向导向模拟机行为使用定时器，简单的数学函数，布尔逻辑，查找表（离散分配输入值的输出值）或通过脚本语言编程青睐。通常情况下，映射的硬件使用复杂的行为 微分代数方程没有必要的发展

19、的PLC软件。选择合适的模型构造取决于进行必要的详细程度和复杂性系统行为映射。指定功能一个简单的装置，它是足够的，以确定输出高速noutas的函数的速度比我和投入高速丝尼恩（ nout =丝尼恩/一） 。模拟一个复杂的凸轮盘，另一方面，连接输入和输出变量的基础查询表上已被认为是合适的图 7 。建模的系统行为和系统结构取决于发展的任务是掌握。当发展中国家个别部件的机器从零开始，如一个新的工具杂志纯时间行为可能足以在早期阶段。如果失踪职能作进一步的详细发展过程中，结构和行为的软件和硬件组件可以进一步完善。为调节，阳离子设计，现有的模式都可以使用。这也是可以使用模型库。 9对象工艺品代 下一步的模型

20、驱动软件开发标系统的具体代软件，以及其他发展文件（文物） ，从模式。在这样做时，现有的标准和质量该软件必须给予同等的考虑。目前，前，目标代码应符合国际标准IEC 61131-3 17 。这样做有几个好处。例如，它可以确保程序可以运行在从不同的PLC的制造turers和必要的发电机一般兼容。通过这种方式，努力保持相应的开发环境，可显着cantly减少。由于semiformal模式和需要考虑公司或客户的具体规格，型号必须进一步改进了开发自动一代人的目标代码。例如，由于周期性的处理程序的控制的PLC ，它至关重要的是确定呼叫顺序各个组成部分。同样，数据类型和信号性能必须界定。落实必要的改进使用的开发

21、工具，各种程序建议为模型驱动开发。一个很好的概况中提供了 18 。一种适合域的机床发展中所描述 19 。10软件验证和优化，通过模拟到目前为止，执行控制程序通常验证和优化使用的是真正的原型机床。一旦必要的安装任务完成后，控制程序是装上了机控制系统和测试递增。错误的该软件是确定和纠正现场。原因的程序以这种方式是，控制软件只有正常工作时，互动关系电机械，电气，液压和气动部分机器。因此，前面的系统测试是不可行的 20 。上述程序意味着巨大的努力，需要实施改进建议有涨，而在软件调试机器的发展。同样，巨大的时间压力确保在核查和优化发展程序导致软件质量和较低的成本高。的目标，因此，委员会的控制软件使用的虚

22、拟模型的机床硬件组件。两种可能的办法存在这个程序。硬件在环仿真（半实物仿真）真正的数控，PLC和HMI连接到虚拟模型的机床。软件在环仿真（锡尔斯）不使用任何实际控制硬件。的行为，这些组成部分转载和仿效。图8显示了比较两个上文所述的方法。半实物仿真有几个主要的好处。其中之一是，它使测绘实时行为。虽然这减少了可能的复杂性，仿真模型由于要求实时性，它允许一体化真正的机械部件和显示真正的时间行为的机床部件。45控制软件可以测试没有额外需要努力的行为模型的NC ，PLC和用户界面。同样，劳动密集和容易出错的适应控制代码是可以避免的。的整合整的熟悉，完全控制和运作功能可确保用户所接受的模拟化系统。采用标准

23、化接口的一体化控制的硬件保证了模拟刺激模式机床是独立于控制硬件使用。执行制度这种介绍 21 11日综述 本文提出了一种模型驱动软件开发。它侧重于描述相应的方法以及适合建模 构建用于这一目的。还整合适当的模拟方法进行了讨论。未来工作的重点将是实施方法自动模式的转变，进一步formaliza -化建模构造及其一体化和验证基于复杂的例子从工业审判领域。 参考资料 1 。 Weck男，布雷赫尔的c （ 2005 ）机床， automatisie -龙冯机械和设备，第六EDN杂志。斯普林格，柏林 2 。 Gausemeier J ，林德曼ü ，赖因哈特克（ 2000 ） Kooperative

24、s produktengineering 。 Bonifatius ，帕德博恩 3 。 Gewald氮， Mikk é （ 2003 ）艾因工业wiederverwendungs - konzept富¨ r宣传61131-3奥夫基础冯河畔的UML 。三磷酸腺苷 Automatisierungstechnische实践45 （ 6 ） :59 - 68 4 。 Bundesministerium富¨ r教化与科研BMBF （教育） （ 2005 ） Positionspapier - forschungs ，与handlungsbedarf富¨ ¨

25、; r zuverla的SS - 专家组mechatronische制。卡尔斯鲁厄研究中心， 卡尔斯鲁厄 5 。肯特县（ 2002 ）模型驱动工程。在： Buttler中（男女）   性能的方法 低努力建模与适应代表性的实时行为全面一体化的控制和人力机器的接口功能真正的一体化的硬件组件高级模式的复杂性广为接受的用户独立于硬件的目标控制半实物仿真锡尔斯程序的第3次国际会议的综合正式的方法，图尔库（芬兰） 。斯普林格，柏林 6 。 Rugaber硫， Stirewalt度（ 2004 ）模型驱动的逆向工程。 符合IEEE软件21 （ 4 ） :45 - 53 7 。 Schlinglof

26、f小时，康拉德男，不要¨居民小时，苏¨ hl C （ 2004年） Modellbasierte steuerungsgera ¨ ¨ teentwicklung富r旦automobilbereich 。在：巴解组织¨ - derer é （教育）汽车安全及安全2004 - Sicherheit 与Zuverla ¨ ¨ r富ssigkeit汽车Informationstechnik ， Stutt - 银饰。沙克尔，亚琛 8 。菲舍尔钾，傅高义，何意志乙（ 2002 ）基于UML中的自动- sierungstec

27、hnischen Anwendung -站¨ ¨ rken与Schwa陈。 三磷酸腺苷Automatisierungstechnische实践44 （ 10 ） :3 - 69 9 。斯塔尔吨， Voelter中（ 2005年） Modellgetriebene softwareentwick - 肺techniken ，工程，管理，第一EDN杂志。 dPunkt ，海德堡 履行 未履行 PartiallyFulfilled 10 。齐格勒的BP ， Praehofer小时，金甘油三酯（ 2005 ）理论建模和仿真整合离散事件和持续的复杂 图。 8硬件和软件在环仿真动态系统，第二EDN杂志。学术出版社，阿姆斯特丹11 。 Selic乙（ 1998 ）基于UML的建模复杂实时系统。在：穆勒男， Bestravos甲（编辑）的语言，编译器和工具，嵌入式系统，蒙特利尔。斯普林格，柏林12 。对象管理组： UML的上层建筑规范 2.0版本。/docs/formal/05-07-04.pdf （ 2007年2月15号） 13 。 Weilkiens吨（ 2006年）系统工程麻省理工学院SysML/UML-modell