【摘 要】
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目前,可编程控制器(Programmable Controller,PLC)已在工业控制领域中得到广泛运用。PLC实现的运动控制系统可以采用多种语言,其中功能块图(Function Block Diagram,FBD)和梯形图(Ladder Diagram,LD)是在工业控制及自动化领域中常用的编程语言,但是很少有针对这两种编程语言的验证。因此,本论文以验证运动控制程序的可信性为目标,结合国家重大
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目前,可编程控制器(Programmable Controller,PLC)已在工业控制领域中得到广泛运用。PLC实现的运动控制系统可以采用多种语言,其中功能块图(Function Block Diagram,FBD)和梯形图(Ladder Diagram,LD)是在工业控制及自动化领域中常用的编程语言,但是很少有针对这两种编程语言的验证。因此,本论文以验证运动控制程序的可信性为目标,结合国家重大课题,对如何提高功能块和梯形图的可信性进行研究,提出了针对PLCopen运动控制功能块和梯形图的模型转换方法,从而验证运动控制程序的可信性。本文重点研究对功能块图程序和梯形图程序的验证,在程序描述和模型转换等方面做了以下研究:1)根据可编程控制器的周期扫描特性,本文采用时间自动机作为建模方法,提出可编程控制器循环执行模型。围绕功能块图语言和基于Uppaal系统的时间自动机模型展开研究,针对运动控制系统的可信性问题,提出功能块图到Uppaal系统的转换方法(D-U转换),将功能块图程序转换为基于Uppaal系统的时间自动机模型。2)结合国际标准IEC 61131-3,根据梯形图的程序结构以及可编程控制器的周期性执行方式,提出将梯形图程序抽象成布尔表达式,建立梯形图程序的有色Petri网模型。在实现运动控制的梯形图程序中,通过使用计时器在两个指令之间增加延时,可以用于确保两个指令顺序进入PLC的内部CPU,因此本文针对三种不同功能的计时器建立有色Petri网模型。对功能块图模型和梯形图模型分别进行实现和验证。利用Uppaal模型检测工具对功能块图到时间自动机的转换方法进行建模和验证。通过CPN Tools自动化分析工具以及CPN ML语法,对基于梯形图的有色Petri建模方式进行仿真和验证。实验结果证明文章提出的功能块图模型和梯形图模型的可信性。通过实验结果,开发人员可以发现程序或系统的安全性问题或性能问题,从而更好地改进系统。
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