一种建立PLC/DCS平台设备逻辑模型的方法技术

本发明专利技术涉及一种建立PLC/DCS平台设备逻辑模型的方法，获取设备的输入/输出逻辑信号和电气二次控制原理图，按照设备的输入/输出逻辑信号和电气二次控制原理图进行设备的分类，建立设备类库，采用离散事件形式化方法，结合每类设备的各工作逻辑条件建立逻辑模型集合，根据得到的每类设备的逻辑模型集合，在现场PLC/DCS平台上，利用PLC/DCS程序控制设备的逻辑模型，在工业现场进行PLC/DCS程序调试时，将相应设备逻辑模型从设备逻辑模型库中调出来，利用各设备逻辑模型搭建虚拟工业现场，将待测PLC/DCS程序与设备逻辑模型连接，完成对PLC/DCS程序的调试。

【技术实现步骤摘要】
一种建立PLC/DCS平台设备逻辑模型的方法
本专利技术属于电气自动化
，具体涉及一种建立PLC/DCS平台设备逻辑模型的方法。
技术介绍
PLC是可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程，它具有使用方便，编程简单，性价比高等特点，在工业控制领域使用极广。DCS是一种分散式控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机，通信、显示和控制等4C技术，它具有高可靠性、开放性、灵活性等优势，在工业现场中被广泛应用。在实验室对PLC/DCS程序测试过程中，PLC程序都是在不与任何控制对象连接的状态下，程序测试员仅通过PLC/DCS程序的输入输出状态就对PLC/DCS程序的正确性进行判定，这就是传统的PLC/DCS程序测试过程中往往存在效率低和人为错误等问题的原因。然而在实验室搭建工业现场的硬件平台又显得耗时费力，并且最主要的问题是随着工程项目的不同、被控设备的种类繁多，类似于这样的硬件平台又显得不能满足各种需求。因此如果能够找到一种有效的建模方法，通过对工业现场的设备的工作原理进行详细的分析，完成对现场设备的逻辑模型的建模，并将经过验证的模型存储到模型库中。在具体应用时，当需要建立某台设备的虚拟对象模型时，只需要将对象模型库中与该台设备相对应的设备类对象模型进行实例化就可以了。虚拟对象模型的建模并非是对设备的工作过程进行精确的仿真，由于设备的控制在于逻辑，而边界条件在控制逻辑中占据主导地位，因此其过程并不是我们关注的重点。在这里并不是说过程不用考虑，而是由于过程是边界条件产生影响的结果，只是在建模过程中将其简化了而已。虚拟过程要完成正常命令响应，并给出相应的状态输出。由于磨损、老化等机理性的故障不是控制学科所重点关心的问题。故障产生的随机性也难以把握。对于故障测试这种随机性将导致故障不能或很难产生对它的模拟。因此为了完成对设备的虚拟对象模型故障的模拟，常常采用触发式故障产生方式。在完成虚拟对象模型建模之后，需要对虚拟对象模型进行相应的验证。虚拟对象模型的验证应该从模型的功能设计要求出发，按照严格的验证流程步骤，完成对虚拟对象模型完备性和准确性的测试。虚拟对象模型的验证一股含以下部分：对驱动命令的响应、能够实现设备运行状态信息的反馈、对物料进行相应的处理和实现一定的故障模拟功能。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种建立PLC/DCS平台设备逻辑模型的方法。本专利技术的技术方案是：步骤1：获取设备的输入逻辑信号、输出逻辑信号和电气二次控制原理图；步骤2：按照设备的输入逻辑信号、输出逻辑信号和电气二次控制原理图进行设备的分类，建立设备类库；所述的设备的分类原则是：将具有相同输入逻辑信号、输出逻辑信号和电气二次控制原理图的设备视为同类设备，将具有不同输入逻辑信号、输出逻辑信号或者不同电气二次控制原理图的设备视为非同类设备；步骤3：采用离散事件形式化方法，结合每类设备的各工作逻辑条件建立每类设备的若干逻辑模型，得到每类设备的逻辑模型集合；所述的离散事件形式化方法是根据每类设备的状态转换方程、每类设备的输入条件以及每类设备的输出方程建立逻辑模型，得到每类设备的逻辑模型集合；所述的逻辑模型集合包括：输入事件集合、连续状态集合、输出状态集合、内部状态转换方程、外部状态转换方程、输出方程、预设时间方程；输入事件集合：包括设备的输入条件；连续状态集合：包括输入状态、中间转换状态、输出状态；输出事件集合：包括设备的启动、停止、故障三种输出结果；内部状态转换方程：表示设备的中间转换状态中上一个状态与下一个状态的转换关系的方程；外部状态转换方程：表示设备的中间转换状态、设备的输入条件及设备的输入状态的关系的方程；输出方程：表示设备的中间转换状态和设备的输出结果的关系的方程；预设时间方程：在逻辑模型中从输入条件输入至输出结果输出的时间关系方程。步骤4：根据得到的每类设备的逻辑模型集合，在现场PLC/DCS平台上，利用PLC/DCS程序控制设备的逻辑模型，在相同输入条件下，若设备的逻辑模型的输出结果与实际设备的输出结果不同，则该逻辑模型不正确，返回步骤3重新建立逻辑模型，否则，将该逻辑模型添加入设备逻辑模型库中；步骤5：在工业现场进行PLC/DCS程序调试时，将相应设备逻辑模型从设备逻辑模型库中调出来，利用各设备逻辑模型搭建虚拟工业现场，将待测PLC/DCS程序与设备逻辑模型连接，完成对PLC/DCS程序的调试。本专利技术的有益效果是：本专利技术是从PLC/DCS程序测试的实际需求出发，通过对工业现场的设备进行仿真建模，根据不同的工程项目，完成对模拟调试现场的组建，具有较强的实用性。本专利技术是从现代工业现场中设备逻辑控制程序测试的现状出发，找到目前程序测试存在的问题，并针对存在的问题进行需求分析，通过对工业现场的设备进行模型建立，并根据需求搭建模拟调试现场，通过将待测PLC/DCS程序施加到该模拟调试现场上，完成对PLC/DCS程序的测试。本专利技术通过对工业现场的设备进行分类，并对各类设备从机械层和电气层进行分析，然后根据离散事件形式化方法对设备进行建模，建立起设备的逻辑模型。在流程工业中，由于设备种类繁多，通过对现场的设备进行分类，并根据设备的分类进行建模。因此如果能够找到一种建模方法，能够完成对现场设备的逻辑建模，并根据实际的需求完成模型的实例化。本专利技术之所以采用离散形式化建模方法，该方法将设备分为逻辑模型和物理模型进行建模，物理模型作为虚拟设备模型的外壳，完成对设备的行为动态的模拟，逻辑模型作为虚拟设备模型的核心，其决定着物理模型的行为动态。因此该建模方法完成了对设备的工作过程的完全模拟，能够实现与被测PLC/DCS程序之间的信息交互。本专利技术为现场设备的建模提供一种方法，为实现工业过程全流程的逻辑控制测试提供了强有力的支持。对于现场设备的建模具有重要的意义，因此本专利技术从现场设备的实际工作原理出发，通过提出一种能够实现对现场设备准确模拟的建模方法，并通过实际的应用完成对该建模方法验证。附图说明图1为本专利技术具体实施方式中一种建立设备逻辑模型的方法的流程图；图2为本专利技术具体实施方式中带式输送机的设备逻辑模型和物理模型；图3为本专利技术具体实施方式中带式输送机的逻辑模型的PLC程序。具体实施方式下面结合附图对本专利技术具体实施方式加以详细的说明，如图1所示。以某国外大型DCS项目为例，该项目的控制系统覆盖全厂，涉及了全厂18个子工序，要求除实现全厂的生产过程控制外，还需要实现全厂供水、供汽、供油等的连锁控制。整个控制系统规模比较庞大，其I/O点数达到11500多点，需要实现逻辑控制的设备达1600多台，包括各种电机、阀门、大型设备等。控制系统采用Honeywell公司的PKS产品。由于涉及的设备众多，本实施方式以自动布料过程工序为例，对本实施方式的实施过程进行说明。步骤1：获取设备的输入逻辑信号、输出逻辑信号和电气二次控制原理图。自动布料过程工序包含几十台设备，主要包括电机、变频器、带式输送机、矿仓。获取本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种建立PLC/DCS平台设备逻辑模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取设备的输入逻辑信号、输出逻辑信号和电气二次控制原理图；步骤2：按照设备的输入逻辑信号、输出逻辑信号和电气二次控制原理图进行设备的分类，建立设备类库；步骤3：采用离散事件形式化方法，结合每类设备的各工作逻辑条件建立每类设备的若干逻辑模型，得到每类设备的逻辑模型集合；所述的逻辑模型集合包括：输入事件集合、连续状态集合、输出状态集合、内部状态转换方程、外部状态转换方程、输出方程、预设时间方程；输入事件集合：包括设备的输入条件；连续状态集合：包括输入状态、中间转换状态、输出状态；输出事件集合：包括设备的启动、停止、故障三种输出结果；内部状态转换方程：表示设备的中间转换状态中上一个状态与下一个状态的转换关系的方程；外部状态转换方程：表示设备的中间转换状态、设备的输入条件及设备的输入状态的关系的方程；输出方程：表示设备的中间转换状态和设备的输出结果的关系的方程；预设时间方程：在逻辑模型中从输入条件输入至输出结果输出的时间关系方程；步骤4：根据得到的每类设备的逻辑模型集合，在现场PLC/DCS平台上，利用PLC/DCS程序控制设备的逻辑模型，在相同输入条件下，若设备的逻辑模型的输出结果与实际设备的输出结果不同，则该逻辑模型不正确，返回步骤3重新建立逻辑模型，否则，将该逻辑模型添加入设备逻辑模型库中；步骤5：在工业现场进行PLC/DCS程序调试时，将相应设备逻辑模型从设备逻辑模型库中调出来，利用各设备逻辑模型搭建虚拟工业现场，将待测PLC/DCS程序与设备逻辑模型连接，完成对PLC/DCS程序的调试。...

【技术特征摘要】
1.一种建立PLC/DCS平台设备逻辑模型的方法，包括以下步骤：步骤1：获取设备的输入逻辑信号、输出逻辑信号和电气二次控制原理图；步骤2：按照设备的输入逻辑信号、输出逻辑信号和电气二次控制原理图进行设备的分类，建立设备类库；所述的设备的分类原则是：将具有相同输入逻辑信号、输出逻辑信号和电气二次控制原理图的设备视为同类设备，将具有不同输入逻辑信号、输出逻辑信号或者不同电气二次控制原理图的设备视为非同类设备；其特征在于，还包括以下步骤：步骤3：采用离散事件形式化方法，结合每类设备的各工作逻辑条件建立每类设备的若干逻辑模型，得到每类设备的逻辑模型集合；所述离散事件形式化方法是根据每类设备的状态转换方程、每类设备的输入条件以及每类设备的输出方程建立逻辑模型，得到每类设备的逻辑模型集合；所述的逻辑模型集合包括：输入事件集合、连续状态集合、输出状态集合、内部状态转换方程、外部状态转换方程、输出方程、预设时间方程；输入事件集合：包括设备的输入条件；连续状态集合：包括输入状态、中间转换状态、输出状态；输出事件集合：包括设备的启动、停止、故障三种输出结果；内部状态转换方程：表示设备的中间转换状态中上一个状态与下一...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴永建，徐文飞，张杰卿，郑秀萍，岳恒，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21