外文翻译译文-基于标准化的数字信息处理的PLC软件的自动生成

基于标准化数字处理信息的PLC软件自动生成摘要：为满足汽车产业中的诸多挑战，研究新的集成的生产规划与提速生产过程的方法是必要的。因此,鉴于汽车产业实体店需要的特殊关注，一个基于标准化数字处理信息的全自动PLC软件生成的概念被引入了。PLC软件生成的基础是一个数字化处理规划，它用图形化的方法描述生产步骤。由于这种PLC软件生成的特殊需求，引入了新的进程元素及属性。所以进程规划包含了PLC程序所有逐步专业化的必要信息。本文还给出一种规格扩展带有特殊资源PLC功能模块的数字处理信息。关键词：PLC；软件自动生成；进程规划；IEC6113131前言由于主要市场划分中竞争的日益激烈，汽车制造商忙于通过大量的产品来增强竞争力。相应的，创新和模型的周期不断减小。激烈的竞争状况不可避免地导致在整个生产规划和提速生产过程的加度复杂化。另外，未来生产工程项目成熟的机会也大大减小。如今,生产规划阶段的活动(机械设计,电子设计,控制工程),几乎都要按顺序完成，特别是机械设计没有差不多完成之前不进行控制工程的设计。除此之外,在机械设计和控制工程间存在很大的差距，尤其在使用不同的工作方法、工具、使用不同的具体部门的条款时这种现象格外明显。具体部门的差异不可避免的造成信息的丢失，重复的手动输入，额外的迭代循环以及对PLC项目高度的时间压力。为了应对这些挑战，新的规划方法必须鼓励同时工程。本文中介绍的全自动PLC软件生成的新方法便能够为同时工程做出重大贡献。作为概述，该文以一个看待这个问题重要而有代表性的方法的简单描述作为开始，基于现存方法明确的优点和弊病，给出了对于一个全自动PLC软件生成的新的综合方法的要求。简短的介绍了数字化工厂的概念之后，介绍了能够满足前面所提要求的新方法，包括了从数字化进程规划到一个符合IEC611313规则的PLC程序等几个步骤。最后，给出了这种新方法应用改进的商业软件工具的应用实例。12现有的全自动PLC软件生成方法在接下来的部分给出了不同的全自动PLC软件生成的具有代表性的方法，此外，也指出了具体概念的优点和不利之处。2.1DFG项目DisPa(分布式过程自动化)在DisPa这个研究项目中采用了面向对象的方法，使得可执行PLC软件代码的生成基于一个抽象的、神经系统模型。该模型用扩展的统一建模语言UML生成，以适应控制工程的特殊要求。由于采用了UML，模型发展的模块化和结构化有了保障，而为了加速和透明工程流程又使用了标准的可复用的软件组件。用一个含有28个传感器和19个致动器的屏幕对象做比喻给出了基于UML的PLC软件生成的概念，用一种专用的开发软件把UML模型翻译成符合IEC611313标准的PLC软件代码，然后把这段代码以结构化文本（ST）的形式送入PLC编程工具CoDeSys。2.2基于实验室网络的全自动PLC软件生成在文献2,3中给出了的一个基于信号解释说明网(SIPN)的全自动PLC软件生成的概念，其基本思想与基于UML方法的研究项目DisPa是相似的。模仿标准的描述语言UML，SIPN采用了一种面向过程控制算法的透明的图形化的描述方法，通过专门的翻译软件，可将这些SIPN译成可执行的IL代码（IL：指令表）。为了加强原型的可用性，生成了一种基于项目的，把符合PLC开放标准的SPIN生成IL代码的程式Mathematica。因此，SPIN不仅是一种专用工具，也可以当作独立的PLC编程语言来使用。对比IEC61131-3中所述的编程语言，采用SPIN的一个重要优势在于SPIN的专用算法自动分析程序的透明度和正确性。2.3有关于Osmers的基于虚拟现实软件（VR）的PLC软件生成Osmers的论文着目于在VR技术的帮助下提高PLC的预测。在规划阶段制造单元被分配到虚拟环境，PLC编程在相同的模式下进行，这是在一个图形化、交互方式下完成的。全自动PLC代码生成的基础是电子元件(传感器，致动器)。这些对象都化做三维图像被嵌入到单元模型里。在下一步中通过与用户预先互动（可视化程序），把这些独立的对象逻辑连接到布尔操作器上，借助于一个特别发达的IL专有的编译器，这些信息就从虚拟现实工具转变成了机器可识别的模式，然后生成的PLC代码被下载到一个PLC编程工具。Osmers所开发的这个软件的专用传输的概念可以由虚拟现实工具VRT(Superscape有限公司)以及PLC编程工具STEP7(西门子)来实现。22.4BMBF的项目MODALEBMBF项目MODALE关注的焦点在于公司范围内，参与在自动化生产单元规划过程的各不同部门之间的数据交换。为此,开发了面向本体的相关模型嵌入在一种技术基础设施中执行中央数据拨号功能。基于这些技术条件，数字规划工具的数据在语义桥梁的帮助下输出和转移到面向本体的相关模型上。此处数据发生转换，生成的数据输入到各自的目标应用。因此可以做到在不同的IT工具之间交换数据规划信息而不会丢失。使用初等实例论证了IT基础设施的原型转换以及主要可操作性的验证。一个实际场景着目于一个与IEC61131-3相关的PLC序列运行功能表的自动生成。基本模型是一种用PLC专用信息(例如转换)生成生产规划与改善规划的数字过程开发计划。该模型使用一种特殊扩展的RDF出口(RDF:资源描述框架)，参考相关模型转化并最终以SFC格式输入到目标系统。数字过程开发计划由DELMIA公司的数字过程规划工具DELMIA过程工程师(DPE)生成。使用OpenPCS作为PLC编程工具，有公司的信息小组开发并分派。2.5过程仿真调试的PLC软件生成相比于前面部分提到的方法,IT工具过程仿真模拟代表了Tecnomatics与西门子合作于2002年开发的一种商业软件工具。PLC软件自动化生成的基础是一个数字三维单元模型和本单元的数字化进程描述。仿照MODALE项目延伸的方法，数字化进程描述随控制技术信息增强，例如，输入/输出信号。通过手动添加所需参数或将资源(夹、阀门、机器人等)与数字进程模型中相对应的操作连接均可增强描述。通过这个增强的进程模型和一个西门子开发的软件翻译器即可生成一个PLC编程工具STEP7的可执行PLC程序。生成的程序包含了符号表中所有相关的输入/输出信号以及一个描述在S7图中的进程流的SFC。2.6评估在前面的段落中阐述了全自动PLC软件生成的不同方法，这些方法基于不同的假设，方法和IT工具。考虑一个制造单元规划过程中的潜在用途，下面表1中比较给出了这些方法各自的优点以及不利之处。表1现有的方法3概念DisPa（UML）PetriNet（SPIN）Osmers模块程序模拟调试优点面向对象，使用UML建模生成ST及SFC代码规范而灵活的描述语言对PLC模型可行性的自动验证支持相关PLC开放标准的格式转化集成在规划过程中图形（可视化）PLC编程集成在规划过程中（使用已有的数字规划信息）基于商业软件（DPE）生成SFC代码集成在规划过程中（使用已有的数字规划信息）基于商业软件生成SFC代码缺点未集成在规划过程中额外开发UML模型和软件翻译器无双向数据转换能力未集成在规划过程中额外开发SPIN有限的PLC软件生成只生成IL代码未集成在规划过程中只生成IL代码无双向数据转换能力只生成简单而有限的序列功能表基于非标准化的格式转换（RDF）重复工作时极大的手动量只生成简单而有限的序列功能表没有开放的系统接口，只能接到西门子STEP7无双向数据转换能力比较不同的方法很明显理论上的方法都有良好的结构，并可使用规范的描述语言(UML,SIPN)可灵活基础概念，但是,因为上述缺点(额外的模型、特定软件翻译器等)实际使用并不合适。于是由实际的概念给出了一个反向的观点，这些方法基于的商业的IT规划工具,但与工具特定的不变性不相容，失去了开放的编程接口，这导致了简化的和功能有限的PLC程序以及软件程序的大量手动返工。至今为止，并没有一个可行而经济的解决方案。3PLC软件生成的需求根据先前的描述的不利之处，一些要求引导自动PLC软件生成的新概念。这些要求不止是对方法也是对使用的IT工具，详细来说，要求包括：没有(小)额外负担为了经济性和大众用户接受，新方法在规划过程中应尽可能少的造成额外负担。利用现有的规划结果为了避免重复的数据输入以及在从一个规划工具到另一个规划工具标准化传输规划结果时的信息丢失，工具和数据转化格式间的标准化接口是必要的。4随过程变化进行功能升级在改善和生产过程中，过程改变经常是必要的，例如，新的产品变量的一体化。因此这些变化必须可以在运行生产进程中集成到PLC程序中去。根据IEC61131-3生成PLC软件这个自动生成的PLC代码必须符合所有的IEC61131-3的限制要求来接到各种不同的商业PLC编程工具上。可维护的PLC程序代码必须以可读易理解的格式来生成PLC代码以便未来在软件代码上的更改，因此，图形化SFC或FBD（FBD：功能框图）比隐秘语言IL合适的多。双向数据交换对于自动PLC软件生成的实用性，在规划工具改善和生产过程中有必要进行PLC程序的再移植变化。只有这样，才能保证数据的一致性。4概念在这一章里的新概念,给出了自动化PLC软件生成的新概念，经过对数字化工厂的目标和方法的简短的描述，列出了基于数字规划信息的PLC编程的步骤。4.1数字化工厂数字化产品和数字化工厂是加速整个产品制造过程的两个主要概念，而数字化产品是一个产品完整的机械处理能力的代表，使其在开发阶段优化自身性能，数字化工厂代表了一套相关联的产品、过程、资源模型使得所有的制造过程得到控制并在时间和费用上最优化。数字化工厂是：扩展的或类似的数字化产品的生产设备产品开发和生产之间的桥梁真实的工厂的数字代表在10中数字化工厂被定义为“由一个无缝数据管理集成的整个网络的数字模型,方法和工具的通用的术语。其目的是整体的规划、评价和不断改进与产品密切互动中的5现实工厂中所有相关结构、过程和资源。”4.2过程规划以及在数字化进程规划中的使用各个单元的进程规划伴随着资源规划的密切互动发生。目前,每个进程规划部门(例如，生产规划、机械设计、机器人)使用自己在标准的列表项目或在其它办公软件生成的进程描述语言，所以,一个统一的、清晰、集成过程描述格式并不存在。差错导致的误解尤其是对于后期PLC软件生成-是分别的以及模棱两可的过程描述的必然结果。为了弥补这个不足，一个清晰,放之四海而皆准应用进程规划产生了。这种集成过程规划在规划过程中一步步修改。最后，它包含所有过程信息从生产计划、机械设计、机器人和控制工程。当前：分别的，摸棱两可的，不一致进程描述。目标：使用一种的明确的集成的进程规划基于标准化，配置的进程元素。整个单元进程的文件中介不同部门间的通信平台完成仿真研究的基础自动化PLC软件生成的基础图1使用集成进程规划的目标因此，这个数字化进程规划是一个把涉及的部门各自对进程设计的特殊贡献做综合的简单的工作介质。此外，过程规划有明确的和全面的文档介质以及不同部门之间中央通讯平台的功能。综上所述,图1描述了使用集成的进程规划的最重要的目标。集成的进程规划以图形的方式描述了串行和并行生产的工艺流程，因此，参考6IEC61131给出了相似的序列功能表，但是从集成的进程规划中自动生成足够的PLC程序，还需要额外的进程元素和属性。4.3过程元素和IEC61131-3的要求一个遵守IEC61131-3的SFC由以下步骤转换，平行、替代和替代逻辑组成，因此，有串行和并行进程的进程规划必须有控制工程跟逻辑器件一起处理。此外,手动和自动的过程分类是必要的,因为并不是所有的专用的单元过程流与后面的PLC程序相关。自动化的进程还需分为机器控制和PLC驱动作业，另外，对所有过程元件的通用性质，专用的元件的属性是必要的。例如说不论在选择还是并行逻辑是分支的数目是要求的，并要识别他们是否是开始或结束节点。图2给出了要求的过程元素的。图2为自动化PLC软件生成的进程元素此外在进程规划中结合不同的元素要遵守IEC61131-3的规则，尤其是SFC的标准。那意味着PLC相关的活动状态和转换必须在进程规划中轮换。一个可变逻辑跟在一个活动之后，接着是一个过渡。相反的一个平行逻辑开始必须跟着一个活动，细节跟规则可以查询12或者IEC61131-3。4.4进程和资源的连接资源规划跟进程规划同时进行，实体店中标准化的资源要素例如像夹、传感器，阀门储存在库中。在13的给出了一个用电气和逻辑信息提高技术资源要素的方法，在其他事情上专用资源PLC功能块属于这些逻辑信息。功能块描述了资源在PLC程序中的行为。此外,他们包含了资源所有必需的输入/输出信号。在资源设计时，这些内部标准输入输出信号映射到专用单元，不使用重复名字的信号以便在整个资源模型中所有信号的名字出现在只有一次。在集成的进程规划中有PLC功能块的这几种资源联系到相应的进程元素上，这样每道工序“知道”执行的是什么资源。举例来说，一个夹物过程中至少一个阀门和一个夹子是必需的。今天进程和资源之间的连接是用来做进程驱动的仿真研究，对于自动化的PLC软件生成使用新的方法也是必要的。因此,在进程规划中的所有的动作和过渡的进程资源连接都必须完成，并将这些信息传输给之后的PLC程序。74.5PLC软件生成专用单元进程规划是由涉及生产规划过程的不同部门合作，在管理层进程中完成的，因此进程规划包含这些部门所有进程相关的规划结果。但是对于PLC程序的生成，例如手动和机器控制活动是不相关的。这意味着第一步需要过滤先前开发的进程规划来筛选相关的PLC信息。这些信息从进程规划工具中输出时，进程的结果就形成SFC，而SFC的生成，进程规划中的活动变成PLC程序中的步骤，过渡的使用，转变，平行逻辑是显见的，此外SFC必须关联到资源特定的PLC功能块上去。在一个遵循IEC61131-3的PLC程序中这是由在SFC中调用的特定功能块的输入/输出信号实现的。自动生成这种关联，出口工具必须区分不同的进程类型(如夹持过程,非夹持过程)。只有这样,才可以辨认在进程结果中那些资源信号上被调用的。例如，一个夹紧活动调用阀门的“关闭”的信号,而非夹持过程从阀门上调用“开放”的活动信号。出口工具也要识别在接下来的过渡中资源的哪些输出信号要被质疑。质疑意味着,一个夹活动后过渡要质疑夹子的信号“关闭”,在非夹活动后则是“开”信号。至少，与工程元素相关的PLC功能块必须嵌入PLC程序,例如说一个常见的数据库。它不是当前要从数据资源或进程信息生成特定资源功能块方法的目标。Q：质疑FB：功能块BO：布尔操作数图3从进程规划到SFC这些功能块通常是标准的，经过测试的，对大多数资源部件可用，因此，只有为了之后PLC软件生成在进程序列与PLC功能块之间的联系是由连接进程和资源建立的。图3显示了从一个集成的进程规划变为SFC的过程。5IT与实际的实用性的方法为了给出现在这种方法来自动化PLC软件生成的实际应用，一个典型的情况以及使用软件工具如接下来的章节的描述：5.1DELMIA进程工程师(DPE)为了进程规划的发展和以及新的进程元素和属性的配置，使用了DELMIA公司的数字化规划工具DPE。所有DPE规划项目都是基于一种所谓的计划类型，它描述了规划项目具有个人特色的数据结构以及应用产品、过程和资源要素。在配置工具的帮助8下，以新的进程元素提高数据结构标准，对现有的元素定义新的属性都是可实现的。这些新的元素和属性成为计划类型设置的一部分并可用于参与规划进程的所有部门的工作。图4DPE下的过程计划和单元属性在使用DPE的进程规划中使用了网络图，因此,生产流程可描述成一个图形方式并能够在规划的不同阶段自上而下详细展开。这个PPR-连接