天津科技大学
毕业设计外文资料翻译
姓名：刘艳丽
学院：电子信息与自动化 专业：电气工程及其自动化 学号：11023130
使用t-MPSG自动生成符合IEC标准的PLC代码
摘要——本文的目的是为了减少PLC（可编程逻辑控制器）自动代码生成任务的开发时间。为此，我们采用t-MPSG（超时消息的零件状态图）。t-MPSG是一个扩展有限状态的自动机，用于模拟并生成一个实时车间控制系统的执行模块。在我们提出的方法中，t-MPSG是用来模拟控制器系统的正常模式，可翻译成文本结构。t-MPSG模型验证后，它可以作为输入到plc-builder的工具。plc-builder工具是一个传统MPSG模拟器的扩展版本。它可以用来转化为IEC标准PLC代码的t–MPSG文本结构。最后，生成的代码可以下载到PLC仿真器或PLC设备上进行模拟和执行。t-MPSG和符合IEC标准PLC程序的层次结构之间的相似性已经使从一种形式转化为另一种变得方便。此外，使用t-MPSG来自动生成符合IEC标准PLC代码的插图方法是一个适当的例子。
索引词汇——IEC 61131-3，可编程逻辑控制器，符号模拟验证器，t-MPSG。
1. 介绍
PLC的设备的耐用性，使他们在汽车行业标准选择中成为一个过程控制器。一种PLC装置有多个I/O功能和逻辑运算功能，并发挥在细胞的控制中心的作用[2,9]。PLC程序是对应本机的软件。这一方案设计和发展的柔性制造系统是一个非常复杂的过程。虽然小型系统逻辑程序很容易设计，但是随着该方案长度的增加，实际上，设计和验证PLC代码变得更加复杂。相反，任何制造单位的功能操作都应运行足够平稳，没有停工现象。产生控制器处理设备代码的延迟可能造成收入和利润的重大损失。因此，利用快速建模和编译工具生成IEC标准PLC代码是一种有效的方法，以减少PLC的开发时间。此外，这将加强重用现有的模块，这在PLC编程手册中是不可能的。
传统方法的问题之一是工作的重复——PLC程序设计和验证的时间。例如，一个平面设计师创建工作单元的3-D模型，之后，一个控制器程序员断断续续地设计PLC程序，如图1-3所示。这个脱节的设计过程为发生错误创造机会。同样，在产品设计中的微小变化需要从头再单独编程。然而，正式的模型可以用来集成这两种不同的发展任务，如图6所示。此外，控制器模型的形式验证和PLC编程代码自动生成将减少PLC的开发时间。
为了解决冗余和不可重用问题，我们提出了一个方法，使用t-MPSG来产生一个IEC标准控制器代码——一个传统MPSG（基于消息的部分状态图）扩展版 - 带有嵌入式时空属性。由[11]提出的MPSG，自动生成非PLC（C + +代码）为车间控制器执行方案。然而，本文介绍的方法，部署的t-MPSG生成一个通用的PLC代码如IL（指令表）或ST（结构化文本），如表1所示。以t-MPSG具有分层的体系结构和信息流的继承顺序功能。该层次的编程概念特点是复杂系统的描述，分别确定为每件设备的个别控制器。同样，IEC标准也概述了一个分层的方式为不同功能块集成标准。举例来说，在IEC 61131-3中有三种类型的POU（方案的组织单位）：功能，功能块和主程序，如图4所示。POU对应于以前PLC编程系统的功能模块和软件是最小的独立单位或用户程序。这些POU可以调用或不互相传递参数。同样，主程序代表了PLC用户程序的顶部，并有能力访问I / O（输
入/输出）的PLC地址，并让他们接触到其他POU[10]。
图1 三维模型的工作单元 图2 PLC程序的工作单元
图3 实际工作单元
如图5所示，层次结构和在t-MPSG顺序的消息流与IEC标准的PLC程序不兼容。类似IEC标准的主要项目POU——监督控制器，BigE，对t-MPSG功能是从后续功能块发送和接收邮件。此外，BigE建立与设备使用输入和输出消息控制器通信。该设备控制器检查系统的先决条件，并执行到物理装置的动作。同样，在一个IEC标准的PLC程序，POU检查先决条件和输出信号传输到主程序调用执行机构。
图4 IEC标准层次结构方案的组织单位（POU）
图5 t–MPSG的层次结构
表1 IEC-61131开发语言 语言 顺序功能图（SFC） 结构性文本（ST） 功能块图（FBD） 阶梯图（LD） 指令表（IL） 表2举例一个符号映射到PLC的物理IO地址 说明 描述顺序控制程序的行为是Petri网的衍生手段。定义控制序列中使用的是时间/事件驱动的。 帕斯卡派生程序语言 图形描述语言信号和数据流进行可重复使用的软件元素 图形语言在梯形图逻辑的扩展，允许已经建立的功能模块以支持层次化程序设计 类似一种非抽象PLC编程汇编语言 符号 地址 数据类型 drill_BD I 0.0 BOLL i_drill_BD I 0.1 BOLL drill_done_DB Q 0.0 BOLL o_drill_done_DB Q 0.1 BOLL TASK_DRILL FB 10 FB 10 TASK_DRILL_DATA DB 10 FB 10 BigE OB 1 OB 1 在PLC编程中的数据块被用来存储功能块和函数的全局和局部变量。在该方法中，数据块可以通过映射生成输入、输出和t-MPSG任务消息的符号表，如表2所示。在自动生成的过程中，所生成的数据块或变量（局部和全局），可以映射到PLC设备的物理地址。
本文编排如下。第2节回顾有关工程。第3节解释该方法的IEC标准转化为PLC代码t-MPSG正式模型。第4节描述了一个实施方法实验的例子。最后，第5节，简要总结了今后应该注意到的工程。
2. 相关作品
由于庞大系统控制编程的复杂性，许多行业研究人员也开始探索利用形式化建模和分析技术的可能性[16]。现有的大多数研究——基于PLC和非PLC的代码
生成模型——使用这样的Petri网、DEVS和状态自动工具[8]。Petri网受到人们的欢迎，因为它们有能力同步描述诸如并发特性和细胞成分之间的相互作用 [15-17]。参考文献[15]，提出了使用梯形逻辑和Petri网的PLC编程比较分析，从而显示出灵活性和Petri网的可用性。一个SIPN编辑器使用PLC代码生成类似建议的方法[17]。该项研究的作者们在IL代码中，成功地开发了一种工具来生成IEC标准的PLC。然而，造型复杂，是不使用汽车行业Petri网的原因之一。逻辑设计在实际系统的概念，从上述的方法不同。处理过渡启用/Petri网中的射击规则是一项繁重的任务[21]。相反，该方法是简单地根据输入、输出、连续的定义和任务信息。
参考文献[19]，很好解释了转变过程。不过，也有实际执行的几个例子在现实和敏捷的制造环境。参考文献[14]，描述了一个生成用于Java平台的非PLC控制程序的面向对象方法。同样，MPSG建设者有一个设施，以生成C + +执行代码[11]。然而，这些执行代码属于非PLC（Java和C++），而该方法是为了产生IEC标准PLC代码如表1中定义。
以前的作品[7,12,18,24]在理论上解释了规范、设计的可行性以及在正式的模型方法的基础逻辑控制器实现。以前的作品大多为小型系统，但真正的系统尚未到达全面合适的结果[13]。在此提出了一种面向用户的简单方法来产生IEC标准与t-MPSG已提议的PLC代码。在我们提出的工作，理论基础以发展PLC程序的定义，随后描述的方法是落实在实际汽车产业。我们使用了Visual C++，西门子的Step7以及内部构建的建模工具，PLCstudio用于建模，仿真和验证。
2.1 IEC 61131-3标准的PLC程序
PLC已经取代很难再得到重用的传统逻辑继电器，PLC的首次部署在20世纪70年代，后来成为了生产控制最常用的选择。PLC程序的主要问题之一是缺乏一个兼容的结构。为了保持均匀性和可移植性，IEC（国际电工委员会）定义了IEC61131-3标准。它定义了一个最小集合的基本编程元素和句法以及最常用的编程语言的语义规则。 IEC 61131-3标准定义了五种类型的逻辑程序如下：
IEC标准的元素POU开始于一个变量声明的部分，这定义了可变接口，初始化和数据类型。部分代码或指令紧跟POU的声明部分，并包含指示由PLC执行。符合IEC61131-3规定并规定控制任务应用型五编程语言配方。每个问题需要时我们可以用任何PLC的编程语言标准来解决。示例1显示了一个POU结构。
示例 1:
FUNCTION_BLOCK FB_EXAMPLE (*注释行*) (*局部变量*) VAR
VarLocal : BOOL; (*局部布尔变量*) END_VAR VAR_INPUT
VarInput : BOOL; (*输入变量 *) END_VAR VAR_IN_OUT
VarInOut : BOOL; (*输入和输出变量*) END_VAR
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