一种化工生产控制系统技术方案

本发明专利技术属于化工生产系统技术领域，公开了一种化工生产控制系统，设置有：控制模块、监控模块和采集/控制模块；控制模块通过可编程控制器与监控模块相连；控制模块包括数据服务器、历史数据站、工程师站、操作员站、巡检员站和调度员站；数据服务器、工程师站、操作员站、巡检员站和调度员站与一对互为冗余以太网相连；监控模块包括现场监控模块、远程监控模块以及集中监控模块；采集/控制模块与生产/控制对象模块相连。本发明专利技术具有控制精度高，可靠性、灵活性、开放性高的优点，通过现场监控、远程监控以及集中监控等电气自动化控制，集中性分散，最大限度的保证系统的正常运行，降低系统瘫痪的风险。

【技术实现步骤摘要】
一种化工生产控制系统
本专利技术属于化工生产系统领域，尤其涉及一种化工生产控制系统。
技术介绍
目前，随着化工企业生产规模和可实现功能的逐步扩大，化工生产所配置的生产装置规模和复杂度也得到了大幅度的提升，这种环境下，仅仅依靠人工进行生产控制已经无法满足化工企业的生产要求，而信息技术的发站及其在多领域的应用使得化工生产自动化越来越普及，推动力化工企业的产品生产控制逐步向自动化、智能化、规模化以及复杂化方向发站。而以多种网络技术、通信技术以及控制技术和显示技术等多种综合性技术而发站起来的分布式控制系统，在化工生产控制中得到了广泛的应用。该控制系统可以对化工生产中的多种设备进行自动化生产管理和控制，可以有效提高企业的生产效率，降低管理成本，节约能耗，还能够为企业的持续发站提供不竭动力，是现代化化工生产控制的核心手段。目前，现有的控制系统需要较大的内存，响应速度较慢。随着科技的快速发展和工业需求的不断提高，各种软硬件设计的的复杂度也日益增加，对于可靠性和安全性的要求也不断提高。系统的可靠性，安全性和正确性已经受到了科学界和工业界的广泛关注。形式化验证和测试是解决该问题的主要方法。形式化验证方法始于20世纪60年代末的Floyd、Hoare和Manna等在程序规范和验证方面的研究。形式化验证方法分为两大类：基于定理证明和基于模型。20世纪80年代初提出的模型检测(ModelChecking)属于基于模型的形式化验证方法，思想相对简单和自动化程度高，可以广泛用于硬件电路系统和网络协议系统的验证。模型检测就是先把系统建模为有限状态转移系统，并用时态逻辑描述特验证的规范，在有限状态转移系统上进行穷尽搜索，确定规范是否被满足，若没有满足，给出反例指出为什么没有满足。模型检测面临状态爆炸问题，所谓状态爆炸问题即系统状态数随着状态规模的增加呈指数级增加。所以该领域的研究人员使用各种方法缩减搜索的状态空间，基于反例引导的抽象模型检测是常用的技术。基于反例路径的抽象细化(Counterexample-GuidedAbstractionRefinement，CEGAR)技术的过程如下：给定一个模型和性质，首先通过抽象的方法生成一个抽象模型。抽象模型包含的行为可能会多于原始模型，但是，抽象模型的结构和描述都比原始模型简单，所以可以缓解状态空间爆炸问题。然后调用模型检测器，检测公式是否在抽象模型中有效。如果有效，则程序终止；否则，会给出反例路径，然后进行重构(reconstruction)过程，即在原始模型中，如果成功找到一条路径对应于反例路径，则程序结束；否则，反例路径为虚假反例路径，下一个迭代过程开始，重新生成抽象模型，进行验证。重复此过程，直到返回有效或者无效，或者状态空间爆炸造成程序停止。动态符号执行技术是一种符号执行与具体执行相结合的测试手段。符号执行是指在不执行程序的前提下，用符号值表示程序变量的值，然后模拟程序执行来进行相关分析。首先，对待分析代码构建控制流图(ControlFlowGraph，CFG)，它是编译器内部用有向图表示一个程序过程的抽象数据结构。在CFG上从入口节点开始模拟执行，在遇到分支节点时，使用约束求解器判定哪条分支可行，并根据预先设计的路径调度策略实现对该过程所有路径的遍历分析，最后输出每条可执行路径的分析结果。动态符号执行是以具体数值作为输入，同时启动代码模拟执行器，并从当前路径的分支语句的谓词中搜集所有符号约束。然后根据策略反转约束中的一个分支，构造一条新的可行的路径约束，并用约束求解器求解出一个可行的新的具体输入，接着符号执行引擎对新输入值进行新一轮的分析。通过使用这种输入迭代产生新输入的方法，理论上所有可行的路径都可以被计算并分析一遍。动态符号执行技术的主要瓶颈是路径爆炸问题，即随着程序中分支数的增多，路径呈指数级增加。插值是缓解路径爆炸问题的有效方法，主要是一种搜索剪枝的思想，通过利用不可行路径给行节点标记插值，插值是指一定不会到达被标记为错误行的条件约束。对于分支节点，若该节点的每个分支都被探索过，那么在该节点标记的插值为全插值，否则为半插值。在动态符号执行中，若从开始节点到当前节点的路径约束满足当前节点的全插值，则该路径可被归并，即不被探索，从而有效缓解了路径爆炸问题。对于大规模系统，抽象模型在进行验证时细化次数过多，且模型检测的瓶颈是状态爆炸问题，因此提出一种行之有效并加快抽象模型验证的方法刻不容缓。综上所述，现有技术存在的问题是：需要内存较大，相应速度慢，并且集中化程度高，某个部分出现问题后易造成整个系统瘫痪，无法满足生产者的需要。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种化工生产控制系统。本专利技术是这样实现的，一种化工生产控制系统设置有：控制模块、可编程控制器、监控模块和采集/控制模块以及生产/控制对象模块，所述控制模块通过可编程控制器与监控模块相连。所述控制模块包括数据服务器、历史数据站、工程师站、操作员站、巡检员站和调度员站，所述数据服务器、工程师站、操作员站、巡检员站和调度员站与一对互为冗余以太网相连。所述监控模块包括现场监控模块、远程监控模块以及集中监控模块，所述采集/控制模块与生产/控制对象模块相连。所述可编程控制器的控制方法包括：1)，根据待验证的程序，生成控制流图CFG，给CFG中的结点添加3个属性:R插值，S插值和E插值，R插值是结点可达的约束条件，判断一个状态的可达性；S插值和E插值对路径进行规约，加快程序的验证；给CFG的边添加属性W；一条边的W值表示以该边指向的结点为根结点的子图中，还没有被遍历的分支的个数；2)，根据生成的CFG，生成抽象可达图ARG，如果沿着一条路径生成一个新状态s，如果s对应的R插值被满足，说明状态s可达，继续沿着状态s遍历该路径；否则，状态s不可达，则该路径终止，遍历其他路径；对于一个可达的状态s，如果状态s对应的E插值被该路径对应的路径公式蕴含，说明沿着该状态存在一条到达目标状态的路径，程序不安全；如果状态s对应的S插值被蕴含，说明以状态为起点的所有路径都是安全的，不需要沿着状态s探索程序；如果状态s是可达的，且E插值和S插值都不被蕴含，则继续沿着状态s遍历该路径；3)，在生成ARG的过程中，发现一条反例路径，到达目标状态，则需要进一步判断反例路径是否虚假；不是虚假反例，则说明程序是不安全的；否则，根据虚假反例，细化模型，分别计算并更新对应状态的R插值，S插值和E插值，执行重新生成ARG，直到找到一条真反例路径或不存在反例路径。4)R插值，S插值和E插值均采用四阶四次B样条插值曲线的构造方法给CFG中的结点添加属性；具体包括：给定区间[a,b]的一个扩充分划：t-6≤t-4≤t-2≤a＝t0＜t1＜…＜t2i＜t2i+1＜…＜t2m-1＜t2m＝b≤t2(m+1)≤t2(m+2)≤t2(m+3)；及deBoor控制顶点序列：d-1,d0,d1,d2,…,dm,dm+1；区间[a,b]上以：{t-6,t-4,t-2,t0,t2,…,t2i,…,t2(m-1),t2m,t2(m+1),t2(m+2),t2(m+3)}；为样条结点的四阶四次B样条曲线记为：其中B样条基函数Ωj(t)的支集上的样条结点为：t2(j-2),t本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化工生产控制系统，其特征在于，所述化工生产控制系统设置有：控制模块、可编程控制器、监控模块、采集/控制模块以及生产/控制对象模块；所述控制模块通过可编程控制器与监控模块相连；所述控制模块包括数据服务器、历史数据站、工程师站、操作员站、巡检员站和调度员站；所述数据服务器、工程师站、操作员站、巡检员站和调度员站与一对互为冗余以太网相连；所述监控模块包括现场监控模块、远程监控模块以及集中监控模块，所述采集/控制模块与生产/控制对象模块相连；所述可编程控制器的控制方法包括：1)，根据待验证的程序，生成控制流图CFG，给CFG中的结点添加3个属性:R插值，S插值和E插值，R插值是结点可达的约束条件，判断一个状态的可达性；S插值和E插值对路径进行规约，加快程序的验证；给CFG的边添加属性W；一条边的W值表示以该边指向的结点为根结点的子图中，还没有被遍历的分支的个数；2)，根据生成的CFG，生成抽象可达图ARG，如果沿着一条路径生成一个新状态s，如果s对应的R插值被满足，说明状态s可达，继续沿着状态s遍历该路径；否则，状态s不可达，则该路径终止，遍历其他路径；对于一个可达的状态s，如果状态s对应的E插值被该路径对应的路径公式蕴含，说明沿着该状态存在一条到达目标状态的路径，程序不安全；如果状态s对应的S插值被蕴含，说明以状态为起点的所有路径都是安全的，不需要沿着状态s探索程序；如果状态s是可达的，且E插值和S插值都不被蕴含，则继续沿着状态s遍历该路径；3)，在生成ARG的过程中，发现一条反例路径，到达目标状态，则需要进一步判断反例路径是否虚假；不是虚假反例，则说明程序是不安全的；否则，根据虚假反例，细化模型，分别计算并更新对应状态的R插值，S插值和E插值，执行重新生成ARG，直到找到一条真反例路径或不存在反例路径。4)R插值，S插值和E插值均采用四阶四次B样条插值曲线的构造方法给CFG中的结点添加属性；具体包括：给定区间[a,b]的一个扩充分划：t‑6≤t‑4≤t‑2≤a＝t0＜t1＜…＜t2i＜t2i+1＜…＜t2m‑1＜t2m＝b≤t2(m+1)≤t2(m+2)≤t2(m+3)；及de Boor控制顶点序列：d‑1,d0,d1,d2,…,dm,dm+1；区间[a,b]上以：{t‑6,t‑4,t‑2,t0,t2,…,t2i,…,t2(m‑1),t2m,t2(m+1),t2(m+2),t2(m+3)}；为样条结点的四阶四次B样条曲线记为：...

【技术特征摘要】
1.一种化工生产控制系统，其特征在于，所述化工生产控制系统设置有：控制模块、可编程控制器、监控模块、采集/控制模块以及生产/控制对象模块；所述控制模块通过可编程控制器与监控模块相连；所述控制模块包括数据服务器、历史数据站、工程师站、操作员站、巡检员站和调度员站；所述数据服务器、工程师站、操作员站、巡检员站和调度员站与一对互为冗余以太网相连；所述监控模块包括现场监控模块、远程监控模块以及集中监控模块，所述采集/控制模块与生产/控制对象模块相连；所述可编程控制器的控制方法包括：1)，根据待验证的程序，生成控制流图CFG，给CFG中的结点添加3个属性:R插值，S插值和E插值，R插值是结点可达的约束条件，判断一个状态的可达性；S插值和E插值对路径进行规约，加快程序的验证；给CFG的边添加属性W；一条边的W值表示以该边指向的结点为根结点的子图中，还没有被遍历的分支的个数；2)，根据生成的CFG，生成抽象可达图ARG，如果沿着一条路径生成一个新状态s，如果s对应的R插值被满足，说明状态s可达，继续沿着状态s遍历该路径；否则，状态s不可达，则该路径终止，遍历其他路径；对于一个可达的状态s，如果状态s对应的E插值被该路径对应的路径公式蕴含，说明沿着该状态存在一条到达目标状态的路径，程序不安全；如果状态s对应的S插值被蕴含，说明以状态为起点的所有路径都是安全的，不需要沿着状态s探索程序；如果状态s是可达的，且E插值和S插值都不被蕴含，则继续沿着状态s遍历该路径；3)，在生成ARG的过程中，发现一条反例路径，到达目标状态，则需要进一步判断反例路径是否虚假；不是虚假反例，则说明程序是不安全的；否则，根据虚假反例，细化模型，分别计算并更新对应状态的R插值，S插值和E插值，执行重新生成ARG，直到找到一条真反例路径或不存在反例路径。4)R插值，S插值和E插值均采用四阶四次B样条插值曲线的构造方法给CFG中的结点添加属性；具体包括：给定区间[a,b]的一个扩充分划：t-6≤t-4≤t-2≤a＝t0＜t1＜…＜t2i＜t2i+1＜…＜t2m-1＜t2m＝b≤t2(m+1)≤t2(m+2)≤t2(m+3)；及deBoor控制顶点序列：d-1,d0,d1,d2,…,dm,dm+1；区间[a,b]上以：{t-6,t-4,t-2,t0,t2,…,t2i,…,t2(m-1),t2m,t2(m+1),t2(m+2),t2(m+3)}；为样条结点的四阶四次B样条曲线记为：其中B样条基函数Ωj(t)的支集上的样条结点为：t2(j-2),t2(j-1),t2j,t2(j+1),t2(j+2)，j＝-1,0,1,…,m+1；在r(t)的基础上，构造一条四阶四次B样条插值曲线rI(t)，使得它通过诸型值点列{dk}，即满足插值条件：rI(t2k)＝dk,k＝0,1,2,…,m；连接曲线段r(t)两端点r(t2i)和r(t2i+2)的直线段记为：连接两相邻deBoor点di和di+1的直线段记为：调配函数ψi(t)的表达式为：其中ei0是自由参数，2.如权利要求1所述的化工生产控制系统，其特征在于，所述R插值，S插值和E插值均采用的四阶四次B样条插值曲线的构造方法还保包括：选取调配函数，作连结各样条小区间的两个端点的直线以及连结以及对应的两相邻deBoor控制顶点的直线，作各样条小区间上的样条曲线上的点与连结各样条小区间的两个端点的直线上的点的差得到增量向量；将增量向量通过伸缩后平移到连结两相邻deBoor控制顶点的直线上就得到了各样条小区间插值于deBoor控制顶点的插值曲线；对于四阶四次B样条曲线用增量伸缩平移方法，生成相应的插值曲线，其调配函数中含有一个自由参数，是一个四阶四次B样条多项式。3.如权利要求2所述的化工生产控制系统，其特征在于，构造插值曲线的方法包括：给定型值点列d0,d1,d2,…,dm，补充辅助点d-2,d-1…和dm+1,dm+2…，样条结点序列为：…≤t-1≤a＝t0＜t1＜t2＜…＜tm-1＜tm＝b≤tm+1≤…；将{dj}作为deBoor控制顶点序列，得n阶B样条曲线，记为：其中Nj,n(t)是n阶B样条基函数，其支集设为区间为实数取整；构造曲线dI(t)，满足插值条件：dI(tk)＝dk,k＝0,1,2,…,m；在每个区间样条子区间[ti,ti+1](i＝0,1,2,…,m-1)上，连接B样条曲线段d(t)的两个端点d(ti)和d(ti+1)的直线段记为li(t)，方程为：li(t)＝(1-Φi(t))d(ti)+Φi(t)d(ti+1),ti≤t≤ti+1；而连接两相邻deBoor点di和di+1的直线段记为Li(t...

【专利技术属性】
技术研发人员：马铭，曲文亮，孔令军，
申请(专利权)人：北华大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22