一种复杂工业控制系统的实现方法技术方案

本发明专利技术公开了一种复杂工业控制系统的实现方法，属于工业控制技术领域。所述方法包括：定义系统与物理资源的约束关系；根据系统的各功能，建立对应的含有事件的各元模型；描述元模型中事件的触发条件及协同状态；当满足触发条件时，验证对应事件的协同状态及涉及的约束关系并反馈验证结果。本发明专利技术中，以事件驱动为基础进行系统功能的实现，避免了当前复杂工业控制系统的实现中模型转换带来的问题，并提升了系统性能；同时，在系统的实现前期，综合考虑资源的部署和高效利用，以及在系统的运行中结合形式化的系统验证，大大降低了仿真与测试的次数，无需反复调整编码，降低了人力、物力、财力的消耗，且提高了系统的可靠性和安全性。

A Realization Method of Complex Industrial Control System

The invention discloses a method for realizing a complex industrial control system, which belongs to the technical field of industrial control. The methods include: defining the constraints between the system and physical resources; establishing the corresponding meta-model containing events according to the functions of the system; describing the triggering conditions and synergetic states of events in the meta-model; verifying the synergetic states of corresponding events and the related constraints when the triggering conditions are satisfied, and feedback verification conclusion. Fruit. In the invention, the realization of system functions based on event-driven avoids the problems caused by model transformation in the implementation of current complex industrial control system, and improves the system performance; at the same time, in the early stage of the realization of the system, the deployment and efficient utilization of resources are comprehensively considered, as well as the combination form in the operation of the system. The system verification greatly reduces the times of simulation and test, does not need to adjust the coding repeatedly, reduces the consumption of manpower, material resources and financial resources, and improves the reliability and security of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种复杂工业控制系统的实现方法
本专利技术涉及工业控制
，尤其涉及一种复杂工业控制系统的实现方法。
技术介绍
随着工业4.0、互联网+等一系列概念的提出，工业设备、信息系统、人、数据的一体化、智能化将成为新一代工业的发展趋势。复杂工业控制系统处于工业“控制大脑”的地位，应用广泛，超过80％的涉及国计民生的领域如电力、水利、化工、轨道交通等都需要依靠复杂工业控制系统实现自动化作业。复杂工控系统与常见的计算机系统有所不同，它具备以下特征：一、复杂工业控制系统散布较广，且终端设备智能程度较低；二、复杂工业控制系统结构一般为纵向集成，有一个主控设备与多个终端设备；三、复杂工业控制系统中传递的信息常是四遥信息，主控设备与终端设备相互影响，带来的安全问题也更为复杂。可见，传统的复杂工业控制系统亟需向新型的、智能化的、高安全的、高可靠的复杂工业控制系统发展。然而，复杂工控系统的智能化不可能一蹴而就，从系统生命周期的角度来看应当从系统研发的基础理论与技术出发进行升级改造，率先实现研发过程的智能化，提高生产效率。而要保证复杂工业系统的高安全性和高可靠性，则需要同时解决系统本身的安全以及系统边界的安全问题。目前，工业控制系统安全问题的解决方案主要聚集于边界安全与网络监测，首先应增强工控系统本身的安全性，做到系统全周期开发的安全与可控，然后再完善系统外围环境，真正做到“固、隔、监”。再者，当前工业控制系统采用模型驱动的方法进行研发，其基本思想是从较高层次抽象，以进行系统功能建模，并将模型转换为代码，部分或全部实现自动化开发。模型驱动方法多样的同时，也为如何将系统建模结果转换为对应平台的可执行代码带来一定的困难。为此，部分研究学者提出将平台无关模型先转换为平台相关模型再生成代码，并对模型转换方法展开了一系列研究。无论采用哪一种模型转换方法，都无法避免模型转换过程中带来的问题，包括如何实现不同表达形式模型间的转换，如何保证两种模型的一致性等。模型驱动开发后期，为了保证实现与需求相符，研发人员需要结合模型与具体部署分别对物理设备进行编码，历经多次的仿真与测试，反复调整编码。同时，这种情况也存在测试驱动的开发方法中，需要消耗了大量的时间、花费了大量的人力、物力、财力，工程造价较高。可见，如何有效的实现复杂工业控制系统以及其研究意义仍是不可忽视的。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术提供一种复杂工业控制系统的实现方法，包括：定义系统与物理资源的约束关系；根据所述系统的各功能，建立对应的含有事件的各元模型；描述所述元模型中事件的触发条件及协同状态；当满足所述触发条件时，验证对应事件的协同状态及涉及的约束关系并反馈验证结果。可选的，所述定义系统与物理资源的约束关系，具体为：采用形式化定义的方式，定义系统与物理资源的约束关系。可选的，所述采用形式化定义的方式，定义系统与物理资源的约束关系，包括：对系统中的物理资源进行抽象定义；对所述系统中具备处理功能的处理资源进行抽象定义；将抽象定义的物理资源指定到抽象定义的处理资源上，得到系统与物理资源的约束关系。可选的，所述根据所述系统的各功能，建立对应的含有事件的各元模型，包括：针对所述系统的每个功能，建立对应的一个或多个事件得到事件集合，将所述事件集合作为对应功能的元模型，并定义各元模型的统一外部接口。可选的，所述方法还包括：各元模型之间通过所述同一外部接口进行数据交互。可选的，所述描述所述元模型中事件的触发条件及协同状态，包括：为所述元模型中的各事件添加触发条件；定义由协同管理线程管理各事件之间的通信模式、同步方式及协同方式等。可选的，所述验证对应事件的协同状态及涉及的约束关系，具体为：采用逻辑验证、和/或时序验证、和/或组合验证、和/或中断验证的验证方式，验证对应事件的协同状态、所述协同状态产生的迁移关系、及所述对应事件涉及的约束关系。可选的，当所述验证结果为异常反馈序列时，该方法还包括：根据所述异常反馈序列制定安全机制，维护系统安全。本专利技术的优点在于：本专利技术中的方法，基于平台的无关性进行资源约束条件定义，并构建含有事件的元模型来描述系统的各功能，以事件驱动为基础，通过对事件的触发，事件之间的通信、同步、协同等进行协同管理，使得元模型中的各事件有条不紊的按照目标需求触发执行，以实现系统功能，不仅避免了当前复杂工业控制系统的实现中模型转换带来的问题，而且提高了系统的整体计算能力、数据处理速率等；同时，在系统的实现前期，综合考虑资源的部署和高效利用，以及在系统的运行中结合形式化的系统验证，大大降低了仿真与测试的次数，无需反复调整编码，降低了人力、物力、财力的消耗，同时提高了系统的可靠性和安全性，对于复杂的工业控制具有重要意义和前景。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：附图1为本专利技术提供的一种复杂工业控制系统的实现方法流程图；附图2为本专利技术提供的一种复杂工业控制系统模块组成框图；附图3为本专利技术提供的一种复杂工业控制系统中模块之间的数据交互示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。实施例一根据本专利技术的实施方式，提供一种复杂工业控制系统的实现方法，如图1所示，包括：步骤101：定义系统与物理资源的约束关系；其中，物理资源具体为：系统中所有可被调度及使用的实体资源及抽象资源，例如传感器、GPS(GlobalPositioningSystem，全球定位系统)、网络协议等。具体的，采用形式化定义的方式，定义系统与物理资源的约束关系。更加具体的，步骤101包括：步骤101-1：对系统中的物理资源进行抽象定义；具体的，忽略系统中物理资源的平台性，对物理资源进行抽象定义，形成平台无关的对象集合。步骤101-2：对系统中具备处理功能的处理资源进行抽象定义；其中，处理资源例如为计算机、处理器、专用嵌入式芯片、具有计算能力的控制块等。步骤101-3：将抽象定义的物理资源指定到抽象定义的处理资源上，得到系统与物理资源的约束关系。其中，约束关系包括但不限于系统对物理资源的调度、管理关系。在工业控制中，由于平台之间存在着差异，而这种平台无关性会给整个系统带来潜在的影响。因而，本专利技术中，根据工业控制程序的功能，在系统的实现前期，设计合理的物理资源部署，再根据部署情况进行功能的实现，不仅达到了物理资源的优化和高效利用；而且避免了后期的多次仿真与测试，无需反复调整编码，降低了人力、物力及财力的消耗。步骤102：根据系统的各功能，建立对应的含有事件的各元模型；具体的，针对系统的每个功能，建立对应的一个或多个事件得到事件集合，将得到的事件集合作为对应功能的元模型，并定义各元模型的统一外部接口；其中，系统的每个功能通常包括多个子功能，且每个子功能对应一个事件，因而，事件之间既相互独立，又相互关联本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复杂工业控制系统的实现方法，其特征在于，包括：定义系统与物理资源的约束关系；根据所述系统的各功能，建立对应的含有事件的各元模型；描述所述元模型中事件的触发条件及协同状态；当满足所述触发条件时，验证对应事件的协同状态及涉及的约束关系并反馈验证结果。

【技术特征摘要】
1.一种复杂工业控制系统的实现方法，其特征在于，包括：定义系统与物理资源的约束关系；根据所述系统的各功能，建立对应的含有事件的各元模型；描述所述元模型中事件的触发条件及协同状态；当满足所述触发条件时，验证对应事件的协同状态及涉及的约束关系并反馈验证结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定义系统与物理资源的约束关系，具体为：采用形式化定义的方式，定义系统与物理资源的约束关系。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用形式化定义的方式，定义系统与物理资源的约束关系，包括：对系统中的物理资源进行抽象定义；对所述系统中具备处理功能的处理资源进行抽象定义；将抽象定义的物理资源指定到抽象定义的处理资源上，得到系统与物理资源的约束关系。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述系统的各功能，建立对应的含有事件的各元模型，包括：针对所述系统的每个功能，建立...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄滟鸿，史建琦，李炬，李昂，蔡方达，
申请(专利权)人：华东师范大学，上海丰蕾信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31