【導(dǎo)讀】days[MoodyandMorley,1999].presenttime.

　　

【正文】 多要求的生產(chǎn)系統(tǒng)。一個更深入的問題是在大規(guī)模的工程中軟件越來越復(fù)雜，促使要有一個系統(tǒng)化的設(shè)計方法論。 10 主題的客觀性和重要性 主題的客觀性是為 PLC 自動控制系統(tǒng)建立一個系統(tǒng)化的軟件設(shè)計 方法論。這個設(shè)計方法論包括以狀態(tài)轉(zhuǎn)換模型為基礎(chǔ)的精確的描述，這個轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)換模型是自動控制系統(tǒng)的抽象系統(tǒng)。方法論還包括一個逐步的設(shè)計過程，并且要設(shè)置一個設(shè)計規(guī)則，這樣才能為一個成功的設(shè)計提供導(dǎo)向和方法。這項研究的真正目的是找到一個減少控制軟件發(fā)展過程的不穩(wěn)定性的方法，也就是說，減少程序和調(diào)試時間以及他們的變化，以增強自動控制系統(tǒng)的適應(yīng)性，并且通過調(diào)整軟件使得軟件可以再度使用。這樣的目的是為了克服目前程序策略的不足之處，而目前的程序策略是以個人軟件開發(fā)者的經(jīng)驗為基礎(chǔ)的。 一個系統(tǒng)化的設(shè)計 PLC 程序的方法可以克服 傳統(tǒng)程序生產(chǎn)控制系統(tǒng)的缺點，并且在一些工業(yè)應(yīng)用總有很大的不同。自動控制系統(tǒng)是狀態(tài)模型用公式語言或等價的語言描述的。公式描述對被控制的系統(tǒng)的行為提供一個精確的描述?？梢酝ㄟ^分析估計看狀態(tài)模型是否達到想要的目標，第二，狀態(tài)模型的描述提供結(jié)構(gòu)描述，這個結(jié)構(gòu)描述可以說明邏輯要求和如細節(jié)安全規(guī)則的限制。第三，好的控制系統(tǒng)設(shè)計是對自動控制代碼生成有益的 —— 一種能夠產(chǎn)生可執(zhí)行的控制軟件的能力，不同的邏輯控制器可以減少程序掃描時間和執(zhí)行那個時間。特別的，這個主題與隨后的部分的是有關(guān)的。 訂制生產(chǎn) 在現(xiàn)代制 造業(yè)中， 系統(tǒng)是 用過 程 和結(jié)果的 革新來 描述的 ，變得CustomerDriven，并且因此不得不改變系統(tǒng)性能以快速做出反應(yīng)。因此，一個大的挑戰(zhàn)是提供技術(shù)以限制自動控制系統(tǒng)對變化需要和新機會的反應(yīng)，所以，設(shè)計和操作知識可以實時的被再次利用，在工業(yè)實踐中提供了一個重要的競爭面。 高水平的自動化設(shè)計和軟件質(zhì)量 研究表明，在自動化系統(tǒng)中，程序?qū)崿F(xiàn)的方法已經(jīng)與計算機資源應(yīng)用的急速增長不能匹配。例如，可編程邏輯控制器（ＰＬＣ）程序仍然依靠一種方便的有邏輯梯形圖的程序?qū)崿F(xiàn)模式。結(jié)果，程序上的延遲和資源成了生產(chǎn)工業(yè)過程的主要絆腳石。在可編程邏輯 控制器程序設(shè)計過程中，測試和調(diào)試可能會占用超過百分之五十的人力。在發(fā)展和傳播“ＳＴＡＴＥ－ＯＦ－ＴＨＥ－ＡＲＴ”已經(jīng)形成標準 [IEC 60848, 1999。 IEC611313, 1993。 IEC 61499, 1998。 ISO 157451, 11 1999]，但是，基本上這些標準都不能參與有效的程序和系統(tǒng)設(shè)計方面知識的革新。 系統(tǒng)的方法通過使用原有的軟件模塊，有助于增加設(shè)計自動化的水平，同時也將提供一種可管理的大規(guī)模系統(tǒng)設(shè)計的方法。同樣的，它也將改善軟件的質(zhì)量的可靠 性，以及關(guān)系到系統(tǒng)的較高安全標準，尤其是這些對環(huán)境有危害影響的，比如：機場控制、公共鐵路運輸。 系統(tǒng)復(fù)雜性 軟件工業(yè)被認為是系統(tǒng)性能的破壞者和系統(tǒng)復(fù)雜性的產(chǎn)生者。逐漸下降的硬件價格，破壞了對通過優(yōu)化程序獲得的軟件性能的需要。其結(jié)果是，一方面造成了大量而低效率的程序代碼，另一方面并沒有獲得高的硬件性能。其次，軟件變得難以掌握其程度的復(fù)雜；在現(xiàn)代自動化系統(tǒng)中，軟件設(shè)計和保持系統(tǒng)本質(zhì)幾乎變得不可能。尤其是，可編程邏輯控制器（ＰＬＣ）程序設(shè)計從二十五年前的兩條主線，發(fā)展到現(xiàn)在的成千上萬條?，F(xiàn)在安全性增加了，例如，關(guān) 于防火的新措施，以及現(xiàn)代自動化系統(tǒng)的柔韌性增加了程序設(shè)計過程的復(fù)雜性。因此，軟件的使用周期花費是總共花費的一個固定不變的增長部分。百分之八十到九十的花費用于軟件維護、調(diào)試、優(yōu)化（改進）、和擴展以滿足不斷變換的需求。 設(shè)計理論發(fā)展 目前，大部分設(shè)計研究的主要焦點都集中在機械和電子產(chǎn)品上。這種有目的性的研究產(chǎn)生了一個副產(chǎn)品，就是通過推廣這中研究到系統(tǒng)工程設(shè)計領(lǐng)域，從而加固了我們對設(shè)計理論和技巧的基本理解。針對大規(guī)模和復(fù)雜系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計理論并沒有成熟。尤其是，對如何簡化一個繁冗而復(fù)雜的設(shè)計任務(wù)這一問題，仍然沒有 被科學(xué)的處理。而且，正在設(shè)計理論和代表計算機科學(xué)及運籌學(xué)研究的認識論結(jié)果之間構(gòu)建一條橋梁，這樣的具體應(yīng)該是邏輯硬件電路設(shè)計。 在邏輯硬件設(shè)計方面的應(yīng)用 從邏輯學(xué)的角度來看，可編程邏輯控制器（ PLC）的軟件設(shè)計類似與集成電路的硬件設(shè)計。現(xiàn)代超大規(guī)模集成電路設(shè)計（ Very Large Scale IntegrationVLSI）是及其復(fù)雜的，一個集成電路一般有幾百萬個晶體管，而且產(chǎn)品開發(fā)周期大都三年左右。設(shè)計過程一般都分成局部功能塊設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)計兩個階段。在局部功能塊設(shè)計階段，單個功能將被設(shè)計出來，并予以驗 證。在系 12 統(tǒng)設(shè)計階段，所有功能塊都將被整合起來，整個系統(tǒng)行為特性和功能將會通過仿真形式加以測試。一般來說，所有部分都完全的驗證是不可能的。因此，統(tǒng)計學(xué)可以作為可編程邏輯控制器（ PLC）設(shè)計的一個例子，并有可能影響邏輯硬件設(shè)計。 PLC(可編程邏輯控制器 )現(xiàn)在面臨著甚至更加復(fù)雜的難題。曾經(jīng) PLC 取代繼電器并且丟對共同的計算機主機提供不時的信息?，F(xiàn)在，她被分解成單元模塊，并分給新的任務(wù)和應(yīng)用新的語言。而且被迫與越來越多的一系列控制產(chǎn)品相競爭。每年一度的最新 PLC 技術(shù)會上，我們調(diào)查 PLC 生產(chǎn)者關(guān)于以下這些問題。 編 程語言 高級 PLC 編程語言已經(jīng)在有些方面很普及。但是最近高級編程語言已經(jīng)迅速發(fā)展。西門子的總經(jīng)理兼生產(chǎn)部長指出：“可編程控制在被廣泛的應(yīng)用與于精密操作，除了梯形圖邏輯以外的編程語言變得更加使用、有效和強大。例如，用梯形圖邏輯寫一個三角函數(shù)公式是非常困難的?！北唤邮盏恼Z言包括 Boolean,控制系統(tǒng)流程圖編制，和如公式編制語言 Graphtec 和與它類似的語言，并且還有增加的重要語言如 C 語言和 BASIC 語言。 過程控制中的 PLC PLC 還沒有廣泛的應(yīng)用于過程控制中。是否會一直這樣下去呢？美國南部Fancy 的經(jīng)理 Ken Jeante 說：“我覺得 PLC 將被用于過程控制但是對于過程控制又不是必須的?！? 一些廠家已經(jīng)將 PLC 的優(yōu)化程序應(yīng)用于過程控制中，他們十分確定 PLC 不會廣泛用于過程控制這樣的事情是不會發(fā)生的。 Rich Ryan 經(jīng)理提到 PLC 在食品、化學(xué)和石油等工業(yè)領(lǐng)域越來越多的應(yīng)用。他認為 PLC 適合應(yīng)用于場合有兩種，他說：“第一，過程控制系統(tǒng)的型號不適合離散控制系統(tǒng)，剛開始這些產(chǎn)品的價格非常的高。而一個可編程控制器以它的體積小，價格低順理成章的被應(yīng)用。第二，你必須把電路和邏輯緊密的結(jié)合愛來。例如，一組基本的控制 器，連續(xù)的過程變量緊密的互相聯(lián)系在一起，以至于用可編程控制器來完成一系列的邏輯勝過沒有離散控制器的系統(tǒng)?！? 通信和生產(chǎn)自動化協(xié)議（ MAP） 13 通信對于個人自動單元是很重要的。在過去的幾年里，我們聽到許多關(guān)于生產(chǎn)自動化協(xié)議的事情，并且許多公司已經(jīng)加入大有成功希望的事業(yè)。然而，當一個完整的生產(chǎn)自動化協(xié)議說明書沒有及時出現(xiàn)時許多公司都很失望。 Larry Kotare 說 :”現(xiàn)在，生產(chǎn)自動化協(xié)議仍然是生產(chǎn)中一個發(fā)展的對象，一個說明書并不是最終的結(jié)果。例如，雖然當新的生產(chǎn)自動化協(xié)議 版本使用之時以 版 本為基礎(chǔ)的產(chǎn)品將會被汰，但是現(xiàn)在人們?nèi)匀粚a(chǎn)品用于 版?！? 由于這些原因，許多 PLC 廠家緊盯著 MAP 的最新結(jié)果。如歐姆龍公司正在進行一個有關(guān) MAP 兼容性的項目。但是歐姆龍生產(chǎn)部門總經(jīng)理 Frank Newborn 說由于缺少一個固定的標準，歐姆龍的產(chǎn)品并不涉及到 MAP。 由于工業(yè) PLC 無論何時不可能廣泛的涉及到 MAP，生產(chǎn)廠家正在考慮專用網(wǎng)絡(luò)。根據(jù) Sal 說法，用戶擔(dān)心如果他們廣泛的應(yīng)用生產(chǎn)廠家將會收回 MAP，這樣將會留下一個不支持通信的交流框架。 PLC 簡介 可編程控制器是 60 年代末在美國首先出現(xiàn)的 ，當時叫可編程邏輯控制器 PLC（ Programmable Logic Controller），目的是用來取代繼電器。以執(zhí)行邏輯判斷、計時、計數(shù)等順序控制功能。提出 PLC 概念的是美國通用汽車公司。 PLC 的基本設(shè)計思想是把計算機功能完善、靈活、通用等優(yōu)點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，控制器的硬件是標準的、通用的。根據(jù)實際應(yīng)用對象，將控制內(nèi)容編成軟件寫入控制器的用戶程序存儲器內(nèi) ,使控制器和被控對象連接方便。 70 年代中期以后， PLC 已廣泛地使用微處理器作為中央處理器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，這時的 PLC已不再是僅有邏輯 (Logic)判斷功能，還同時具有數(shù)據(jù)處理、 PID 調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能。國際電工委員會 (IEC)頒布的可編程控制器標準草案中對可編程控制器作了如下的定義：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，易于與工 業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的設(shè)計。 14 可編程控制器對用戶來說，是一種無觸點設(shè)備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝。目前，可編程控制器已成為工廠自動化的強有力工具，得到了廣泛的普及推廣應(yīng)用。 可編程控制器是面向用戶的專用工業(yè)控制計算機，具有許多明顯的特點。 ①可靠性高，抗干擾能力強； ②編程直觀、簡單； ③適應(yīng)性好； ④功能完善，接口功能強