企业管理VisualizationofPLCProgramsusingXML英文版

1、 HYPERLINK Visuualiizattionn off PLLC PProggramms uusinng XXMLM. BBanii Yoouniis aand G. FreeyJuniiorpproffesssorsshipp Aggenttenbbaseed AAutoomattionnUnivverssityy off KaaiseersllauttemP. 00. BBox 30449, D-6676553 KKaissersslauutemm, GGermmanyyAbsttracct - Duue tto tthe groowinng ccompplexxityy off

2、 PLLC pproggramms ttherre iis aan iincrreassingg innterrestt inn thhe apppliicattionn off foormaal mmethhodss inn thhis areea. Forrmall meethoods alllow riggid proovinng oof ssysttem prooperrtiees iin vveriificcatiion andd vaaliddatiion. Onne wway to appply forrmall meethoods is to utiilizze aa foor

3、maal ddesiign appproaach in PLCC prrogrrammmingg. HHoweeverr, ffor exiistiing sofftwaare thatt haas tto bbe ooptiimizzed, chhangged, orr poorteed tto nnew sysstemms .Theere is thee neeed forr ann appprooachh thhat cann sttartt frrom a ggiveen PPLC proograam. Theerefforee, fformmaliizattionn off PLLC

4、 pproggramms iis aa toopicc off cuurreent ressearrch. Thhe ppapeer ooutllinees aa ree-ennginneerringg appprooachh baased on thee foormaalizzatiion of PLCC prrogrramss. TThe traansfformmatiion intto aa veendoor iindeepenndennt fformmat andd thhe vvisuualiizattionn off thhe sstruuctuure of PLCC prrogr

5、ramss iss iddenttifiied as an impporttantt innterrmeddiatte sstepp inn thhis proocesss. It is shoown howw XMML aand corrressponndinng ttechhnoloogiees ccan be useed ffor thee foormaalizzatiion andd viisuaalizzatiion of an exiistiing PLCC prrogrram.I. IINTRRODUUCTIIONProggrammmabble Loggic Conntrooll

6、eers (PLLCs) arre aa sppeciial typpe oof ccompputeers thaat aare useed iin iinduustrriall annd ssafeety criiticcal apppliccatiionss. TThe purrposse oof aa PLLC iis tto cconttroll a parrticculaar pproccesss, oor aa coolleectiion of proocesssess, bby pprodduciing eleectrricaal cconttroll siignaals in

7、ressponnse to eleectrricaal pproccesss- rrelaatedd innputts ssignnalss. TThe sysstemms cconttrollledd byy PLLCs varry ttremmenddoussly, wiith apppliccatiionss inn maanuffactturiing,cheemiccal proocesss cconttroll, mmachhiniing, trranssporrtattionn, ppoweer ddisttribbutiion, annd mmanyy ottherr fiiel

8、dds. Auttomaatioon aappllicaatioons cann raangee inn coompllexiity frooma simmplee paanell too opperaate thee liightts aand mottoriizedd wiindoow sshaddes in a cconffereencee rooom to commpleetelly aautoomatted mannufaactuurinng llinees.Withh thhe wwideeninng oof ttheiir aappllicaatioon hhoriizonn，

9、PLLC pproggramms aare beiing subbjecct tto iincrreassed commpleexitty aand higgh qquallityy deemannds esppeciiallly ffor saffetyy-crritiicall apppliicattionns. Thee grrowiing commpleexitty oof tthe apppliccatiionss wiithiin tthe commpliiancce oof llimiitedd deevellopmmentt tiime as welll aas tthe re

10、uusabbiliity of exiistiing sofftwaare orPLLC mmoduuless reequiiress a forrmall appprooachh too bee deevellopeed I. Ennsurringg thhe hhighh quualiity demmandds rrequuirees vveriificcatiion andd vaaliddatiion prooceddurees aas wwelll ass annalyysiss annd ssimuulattionn off exxisttingg syysteems to be

11、carrrieed oout 2. OOne of thee immporrtannt ffiellds forr thhe fformmaliizattionn off PLLC pproggramms tthatt haave beeen ggrowwingg upp inn reecennt ttimee iss Reeverrse-enggineeeriing 3. RReveersee Ennginneerringg iss a proocesss oof eevalluattingg soometthinng tto uundeersttandd hoow iit wworkks

12、iin oordeer tto ddupllicaate or enhhancce iit. Whiile thee reeusee off PLLC ccodees iis bbeinng eestaabliisheed aas aa toool forr coombaatinng tthe commpleexitty oof PPLC proograams, Reeverrse Enggineeeriing is supppossed to recceivve iincrreassed impporttancce iin tthe commingg yeearss esspeccialll

13、y if exiitinng hharddwarre hhas to be repplacced by neww haardwwaree wiith diffferrentt prrogrrammmingg ennvirronmmenttsVisuualiizattionn off exxisttingg PLLC pproggramms iis aan iimpoortaant inttermmediiatee sttep of Revversse EEngiineeerinng. Thee paaperr prroviidess ann appprooachh toowarrds thee

14、 viisuaalizzatiion of PLCC prrogrramss ussingg XMML wwhicch iis aan iimpoortaant appproaach forr thhe oorieentaatioon aand bettterr unnderrstaandiing forr ennginneerrs wworkkingg wiith PLCC prrogrramss. The papper is strructtureed aas ffolllowss. FFirsst, a sshorrt iintrroduuctiion to PLCCs aand the

15、e coorreespoondiing proograammiing tecchniiquees aaccoordiing to thee IEEC 6611331-33 sttanddardd iss giivenn. IIn SSecttionn an appproaach forr Ree-ennginneerringg baasedd onn foormaalizzatiion of PLCC prrogrramss iss inntrooducced. Thhe ttrannsfoormaatioon oof tthe PLCC coode intto aa veendoor iin

16、deepenndennt fformmat is ideentiifieed aas aan iimpoortaant firrst steep iin tthiss prroceess. XMML aand corrressponndinng ttechhnollogiies succh aas XXSL andd XSSLT thaat ccan be useed iin tthiss trranssforrmattionn arre ppressentted in Secctioon IIV. Secctioon VV prreseentss thhe aappllicaatioon o

17、of XXML forr thhe vvisuualiizattionn off PLLC pproggramms aand illlusttrattes thee appprooachh wiith an exaamplle. Thee fiinall Seectiion summmarrizees tthe ressultts aand givves an outtloook oon ffutuure worrk iin tthiss onngoiing proojecct.PLCC ANND IIEC 611331Sincce iits inccepttionn inn thhe eea

18、rlly70ss thhe PPLC recceivved inccreaasinng aatteentiion duee too itts ssucccesss inn fuulfiilliing thee obbjecctivve oof rrepllaciing harrd-wwireed cconttroll eqquippmennts at macchinnes. Evventtuallly it greew uup aas aa diistiinctt fiieldd off apppliicattionn, rreseearcch aand devveloopmeent, maa

19、inlly ffor Conntrool EEngiineeerinng. IEC 61 1311 iss thhe ffirsst rreall enndeaavouur tto sstanndarrdizze PPLC proograammiing lannguaagess foor iinduustrriall auutommatiion. Inn I9993 thee Innterrnattionnal Eleectrroteechnnicaal CCommmisssionn 44 ppubllishhed thee IEEC 6611331 IInteemattionnal Staa

20、ndaard forr Prrogrrammmablle CConttrolllerrs. Befforee thhe sstanndarrdizzatiion PLCC prrogrrammmingg laanguuagees wweree beeingg deevellopeed aas ppropprieetarry pproggrammminng llangguagges usaablee too PLLCs of a sspecciall veendoor. Butt inn orrderr too ennhannce commpattibiilitty, opeenneess an

21、dd innterropeerabbiliity amoong diffferrentt prroduuctss ass weell astoo prromoote thee deevellopmmentt off tooolss annd mmethhodoologgiess wiith resspecct tto aa fiixedd seet oof nnotaatioons thee IEEC 6611331sttanddardd evvolvved. Thhe tthirrd ppartt off thhis staandaard deffinees aa suuit of fivv

22、e pproggrammminng llangguagges:Insttrucctioon LListt (IIL) is a llow-levvel texxtuaal llangguagge wwithh a strructturee siimillar to asssembblerr. OOrigginaatedd inn Euuroppe IIL iis cconssideeredd too bee thhe PPLC lannguaage in whiich alll ottherr IEEC611 1331-33 laanguuagees ccan be traansllateed

23、.Laddder Diaagraam (LO) iss a graaphiicall laanguuagee thhat hass itts rrootts iin tthe USAA. LLDs connforrm tto aa prrogrrammmingg sttylee boorroowedd frrom eleectrroniic aand eleectrricaal ccirccuitts ffor impplemmenttingg coontrrol loggicss.Struuctuuredd Teext (STTJ iis aa veery powwerfful higgh-

24、lleveel llangguagge. ST borrrowws iits synntaxx frrom Passcall, aaugmmenttingg itt wiith somme ffeatturees ffromm Adda. ST conntaiins alll thhe eesseentiial eleemennts of a mmodeem pproggrammminng llangguagge.Funcctioon BBlocck DDiaggramm (FFBD) iss a graaphiicall laanguuagee annd iit iis vveryy coo

25、mmoon tto tthe proocesss iinduustrry. In thiis llangguagge cconttrolllerrs aare moddellled assiignaal aand datta fflowws tthrooughh fuuncttionn bllockks. FBDD trranssforrms texxtuaal pproggrammminng iintoo coonneectiing funnctiion bloockss annd tthuss immproovess moodullariity andd sooftwwaree reeus

26、ee.Sequuenttiall Fuuncttionn Chhartt (SSFC) iss a graaphiicall laanguuagee. SSFC eleemennts aree deefinned forr sttruccturringg thhe oorgaanizzatiion of proograammaablee coontrrolller proograams.One proobleem wwithh IEEC 661 1131-3 iis tthatt thheree iss noo sttanddarddizeed fformmat forr thhe pproj

27、jectt innforrmattionn inn a PLCC prrogrrammmingg toool. Att thhe mmomeent theere aree onnly venndorr sppeciificc foormaats. Thhis is alsso oone reaasonn foor tthe resstriictiion of forrmallizaatioon aapprroacchess too siinglle pproggramms oor aalgooritthmss. HHoweeverr, rreceentlly tthe PLCC usserss

28、 orrgannizaatioon PPLCoopenn (ssee ) sstarrtedd a Tecchniicall Coommiitteee tto ddefiine an XMLL baasedd foormaat ffor proojeccts acccorddingg too IEEC 6611331-33. TThiss neew fformmat willl eeasee thhe aacceess of forrmallizaatioon ttoolls tto aall rellevaant infformmatiion of a PPLC proojecct. RRE

29、-EENGIINEEERINNG AAPPRROACCHThe preesenntedd appprooachh toowarrds re-enggineeeriing (cff. FFig.1) is bassed upoon tthe conncepptioon tthatt XMML ccan be useed aas aa meediuum iin wwhicch PPLC coddes willl bbe ttrannsfoormeed.Thiss trranssforrmattionn offferrs tthe advvanttagee off obbtaiininng aave

30、nndorr inndeppenddentt sppeciificcatiion codde. (Evven if thee PLLCoppen succceeeds in deffiniing a sstanndarrdizzed forrmatt foor PPLC apppliccatiionss, ttherre wwilll reemaiin aa loot oof eexisstinng pproggramms tthatt doo noot cconfformm too thhis staandaard.) Baseed oon tthiss coode a sstepp-wii

31、se traansfformmatiion to a fformmal moddel (auutommataa) iis pplannnedd. TThiss moodell caan tthenn bee ussed forr annalyysiss, ssimuulattionn, fformmal verrifiicattionn annd vvaliidattionn, aand finnallly ffor thee ree-immpleemenntattionn off thhe ooptiimizzed alggoriithmm onn thhe ssamee orr annot

32、hher PLCC.Sincce rre-eengiineeerinng oof ccompplette pproggramms wwilll, iin mmostt caasess, bbe oonlyy a semmi-aautoomattic proocesss, inttermmediiatee viisuaalizzatiion of thee coode is an impporttantt poointt. AAt ddifffereent staagess off thhe pproccesss diiffeerennt aaspeectss off thhe ccodee a

33、nnd/oor fformmal moddel havve tto bbe vvisuualiizedd inn a wayy thhat a ddesiigneer ccan guiide thee fuurthher worrk. XMLL wiith itss poowerrfull viisuaalizzatiion andd trranssforrmattionn tooolss iss ann iddeall toool forr soolviing thiis ttaskk.IV. XMLL ASS A TOOOL FFOR VISSUALLIZAATIOONXML (exxte

34、nnsibble Marrkupp Laanguuagee) iis aa siimplle aand fleexibble metta-llangguagge, i.ee， a lannguaage forr deescrribiing othher lannguaagess. TTailloreed bby tthe Worrld Widde WWeb Connsorrtiuum (W3CC) aasa diaalecct oof SSGMLL SS, XMLL reemovves twoo coonsttraiintss whhichh weere holldinng bbackk We

35、eb ddeveeloppmennts 6. TThe deppenddencce oon aa siinglle, infflexxiblle ddocuumennt ttypee (HHTMLL) wwhicch wwas beiing mucch aabussed forr taaskss itt waas nneveer ddesiigneed ffor on onee siide; annd tthe commpleexitty oof ffulll SGGML, whhosee syyntaax aalloows manny ppoweerfuul bbut harrd-tto-p

36、proggramm opptioons on thee ottherr siide.Whille HHTMLL deescrribees hhow datta sshouuld be preesenntedd, XXML desscriibess thhe ddataa ittsellf. A nnumbber of inddusttriees aand sciienttifiic ddisccipllinees-mmediicall reecorrds andd neewsppapeer ppubllishhingg ammongg thhem-aree allreaady usiing X

37、MLL too exxchaangee innforrmattionn accrosss pplattforrms andd apppliicattionns. XMLL caan bbe ttailloreed tto ddesccribbe vvirttuallly anyy kiind of infformmatiion in a fformm thhat thee reecippiennt oof tthe infformmatiion cann usse iin aa vaarieety of wayys. It is speecifficaallyy deesiggnedd too

38、 suuppoort infformmatiion excchannge bettweeen ssysttemss thhat usee fuundaamenntallly diffferrentt foormss off daata reppressenttatiion, ass foor eexammplee beetweeen CADD annd sscheedullingg apppliicattionns.Usinng XXML witth iits powwerfful parrserrs aand inhhereent robbusttnesss iin ttermms oof

39、ssynttacttic andd seemannticc grrammmar is morre aadvaantaageoous thaan tthe connvenntioonall meethood oof uusinng aa leexiccal anaalyzzer andd a vallidaatinng pparsser (cff. FFig. 2, 77).The connvenntioonall meethood oof aanallysiis oof pproggramm coode reqquirres a sscannnerr (llexiicall annalyyse

40、rr) wwhicch ggeneerattes a sset of terrminnal symmbolls (tokkenss) ffollloweed bby aa paarseer tthattcheccks thee grrammmatiicall sttruccturre oof tthe codde aand genneraatess ann obbjecct nnet. Inn thhe oobjeect nett thhe iinteernaal sstruuctuure of thee prrogrram is reppressentted by ideentiifieed

41、 oobjeectss annd tthe rellatiionss beetweeen theem. Botth tthe scaanneer aand thee paarseer tto bbe uusedd inn thhis metthodd arre ddocuumennt oorieenteed wwhicch iimplliess thhat anaalyssis of diffferrentt tyypess off doocummentts rrequuirees rrewrritiing thee geenerrateed ccodee foor tthe scaannee

42、r aand thee paarseer. Aneexammplee off ann apppliicattionn off thhis metthodd caan bbe ffounnd iin 8.The mosst pprommisiing asppectt off ussingg XMML iinstteadd iss thhat XMLL annd iits commpleemenntarry aappllicaatioons forr trranssforrmattionns aare staandaardiizedd soo ass too prroviide maxximuum

43、 fflexxibiilitty tto iits useer.The XMLL baasedd meethood iis aadvaantaageoous, siincee thhe llexiicall sppeciificcatiion is an invvariiantt coompoonennt oof XXML; thhereeforre tthe welll-fformmednnesss iss inndeppenddentt frrom thee reespeectiive inddiviiduaal aappllicaatioon.Hencce, an XMLL-Paarse

44、er aalsoo caan ttrannsfeer wwelll-shhapeed XXML doccumeentss inn ann abbstrractt reepreesenntattionn caalleed DDocuumennt OObjeect Moddel (DOOM) witthouut uusinng aa grrammmar. DOOM iis aan aappllicaatioon pproggrammminng iinteerfaace (APIII) forr vaalidd HTTMLaand welll-fformmed XMLL doocummentts.

45、It deffinees tthe loggicaal sstruuctuure of doccumeentss annd tthe wayy a doccumeent is acccesssed andd maanippulaatedd. IIn tthe DOMM sppeciificcatiion, thhe ttermm ddocuumennt is useed iin aa brroadd seensee inncreeasiinglly. XMLL iss ussed as a wway of reppressenttingg maany diffferrentt kiind of

46、 infformmatiion thaat mmay be stooredd inn diiverrse sysstemms, andd muuch of thiis wwoulld ttradditiionaallyy bee seeen as datta rrathher thaan aasdoocummentts. Nevvertthellesss, XXML preesennts thiis ddataa ass doocummentts, andd thhe DDOM cann bee ussed to mannagee thhis datta5.XSLTT, tthe traans

47、fformmatiion lannguaage forr XMML iis ccapaablee off trranssforrminng XXML nott onnly to anootheer XXML or HTMML bbut to manny ootheer uuserr-frrienndlyy foormaats. Beeforre tthe advventt off XSSLT, thhe ttrannsfoormaatioon oof XXML to anyy ottherr foormaat wwas onlly pposssiblle tthrooughh cuustoom

48、 aappllicaatioons devveloopedd inn a proocedduraal llangguagge ssuchh assC+, VVisuual Bassic or, Jaava. Thhis proocedduree laackeed tthe genneraalitty wwithh reespeect to thee sttruccturral varriattionn off XMML ddocuumennts. Caapittaliizinng oon tthe connceppt tthatt thhe ccusttom apppliccatiionss

49、foor tthe traansfformmatiionss arre aall verry ssimiilarr, XXSLTT evvolvved as a hhighh-leevell deeclaarattivee laanguuagee 99. XSSLT funnctiionss inn twwo sstepps. In thee fiirstt sttep, itt peerfoormss a strructturaal ttrannsfoormaatioon sso aas tto cconvvertt thhe XXML intto aa sttruccturre tthat

50、t reefleectss thhe ddesiiredd ouutpuut. Thee seeconnd sstagge iis fformmatttingg thhe nnew strructturee innto thee reequiiredd foormaat, succh aas HHTMLL orr PDDF (cf. Fiig. 3 ). TThe mosst iimpoortaant advvanttagee off thhis traansfformmatiion is thaat iit aalloows a ssimpple andd eaasilly-cconccei

51、vvablle rreprreseentaatioon oof tthe doccumeent or datta sstruuctuure embbeddded inssidee thhe wwelll-sttruccturred butt haard-to-unddersstannd XXML to be prooducced. Whhen HTMML iis cchossen as thee foormaat oof tthe traansfformmed prooducce iit iis pposssiblle tto uuse thee exxtennsivve aabillityy

52、 off HTTML to prooducce aan eeasiily-connceiivabble andd atttraactiive vissuallizaatioon oof aa prrogrram.Everry XXML doccumeent hass itts oown synntaxx annd vvocaabullaryy. TTherrefoore, inn adddittionn too beeingg weell-forrmedd, tthe XMLL doocummentt neeedss too coonfoorm to a sset of rulles. Acc

53、corrdinng tto WW3C reccommmenddatiionss thhis sett off ruuless haas tto bbe ddefiinedd eiitheer tthrooughh a Doccumeent Typpe DDefiinittionn (DDTD) orr ann XMML SScheema. Thhe rrulees ddefiinedd inn a DTDD orr ann XMML SScheema staate thee hiieraarchhicaal aand strructturaal cconsstraaintts oof tthe

54、 XMLL doocummentt. Thee DTTD iis ffor deffiniing thee doocummentt grrammmarss; mmoree reecenntlyy a nummberr off allterrnattivee laanguuagees hhavee beeen proopossed. Thhe WW3C XMLL Scchemma llangguagge rrepllicaatess thhe eesseentiial funnctiionaalitty oof DDTDss, aand addds aa nuumbeer oof ffeattu

55、rees: thee usse oof XXML insstannce synntaxx raatheer tthann ann add hooc nnotaatioon, cleear rellatiionsshipps bbetwweenn scchemmas andd naamesspacces, a sysstemmatiic ddisttincctioon bbetwweenn ellemeent typpes andd daata typpes, annd aa siinglle-iinheerittancce fformm off tyype derrivaatioon. In

56、othher worrds schhemaas ooffeer aa riicheer aand morre ppoweerfuul wway of desscriibinng iinfoormaatioon tthann whhat is posssibble witth DDTDss. FFig. 4shoows thee XMML ttechhnollogiies disscusssedd abbovee annd tthe connnecctioon bbetwweenn thhem. V. AN APPPROAACH FORR THHE VVISUUALIIZATTIONN OFFP

57、LCC PRROGRRAMSSA. OOverrvieew Sinnce Insstruuctiion Lisst (IL) iss thhe mmostt coommoonlyy ussed PLCC laanguuagee inn Euuroppe, thee prreseenteed aapprroacch iis bbaseed oon tthiss laanguuagee. TThe proopriietaary IL diaalecct SSiemmenss STTEP 5andd thhe sstanndarrdizzed verrsioon aaccoordiing to IE

58、CC 6111311-3 aree coonsiiderred. Thee geenerratiion of XMLL doocummentts sshowwingg diiffeerennt aaspeectss off a PLCC prrogrram is reaalizzed in thee foolloowinng tthreee sstepps (cf. Fiig. 5): 1.Traansfformmatiion of thee PLLC pproggramm too ann XMML ddocuumennt 2.Vallidaatioon oof tthe XMLL aggai

59、nnst thee XMML SScheema whiich setts tthe synntaxx off thhe XXML 3.Ideentiificcatiion of thee Innstrructtionn ellemeentss off thhe ttrannsfoormeed XXML acccorddingg too thhe iinsttrucctioon sset of thee soourcce PPLC Thhesee thhreee sttepss arre ddisccusssed in subb-seectiionss B to D rresppecttivee

60、ly. Suub-ssecttionn E expplaiins thee viisuaalizzatiion of thee diiffeerennt XXMLss obbtaiinedd duurinng tthe preeceddingg sttepss.Throoughhoutt thhis Secctioon aan eexammplee iss ussed to illlusttratte tthe preesenntedd coonceeptss. FFig. 6shoows a PPLC codde wwritttenn inn Innstrructtionn Liist Si