基于PLC系統(tǒng)的UML建模技術(shù)的幾點(diǎn)思考

摘#8195;要可編程控制器（PLC）以其可靠性高、功能強(qiáng)大以及能適應(yīng)在各種惡劣環(huán)境中工作的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，可編程控制器的功能得到大大擴(kuò)展，除具有傳統(tǒng)的邏輯控制功能外，還具有數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和處理的能力，PLC以其體積小、抗干擾性強(qiáng)、性能價(jià)格比優(yōu)越以及可靠性高等特點(diǎn)，使得PLC產(chǎn)品成為工業(yè)控制領(lǐng)域中最重要的核心裝置之一。

關(guān)鍵詞PLC；建模；UML技術(shù)

中圖分類號(hào)TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1673-9671-(2012)041-0215-01

1PLC的開發(fā)背景

PLC是一種用程序來改變控制功能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，早期的可編程控制器主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。在硬件設(shè)計(jì)方面，PLC正朝著大型化和小型化的方向發(fā)展。在大型化方面主要是向高性能、高速度、大容量方向發(fā)展，在小型化方面主要是提高小型PLC的模擬量和數(shù)據(jù)通信能力。

2PLC的特點(diǎn)

1）易于使用。體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一是PLC在硬件配置上使用方便，二是編程語言易于掌握。目前的PLC技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，逐漸向模塊化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。用戶可以根據(jù)自己的需要選用品種齊全的硬件裝置，并且可以非常方便的進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能的系統(tǒng)。在編程方面，PLC簡(jiǎn)單易懂，梯形圖是最常見的編程語言，PLC的表達(dá)方式和電路符號(hào)與繼電器電路的原理圖也極其相似。梯形圖語言比較直觀，而且容易掌握，只要熟悉繼電器電路圖的人員花費(fèi)較短的時(shí)間就可以使用。

2）功能豐富，性價(jià)比高。一臺(tái)PLC有成百上千編程元件，這些元件都是提供給普通用戶使用的。因?yàn)檫@些元件都有很強(qiáng)的功能，所以可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的系統(tǒng)控制功能。使用PLC的系統(tǒng)生產(chǎn)周期短，使用的輔助設(shè)備投入少，與其實(shí)現(xiàn)相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價(jià)格比。

3）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。常用的繼電器控制系統(tǒng)中使用大量的時(shí)間繼電器、中間繼電器等設(shè)備，系統(tǒng)容易產(chǎn)生故障，究其原因通常是觸點(diǎn)接觸不良。為解決這個(gè)問題，PLC在硬件方面對(duì)輸入信號(hào)作濾波處理，而且輸入輸出電路與內(nèi)部CPU是電隔離信號(hào)處理。在軟件方面PLC可以利用軟件替代大量的時(shí)間繼電器和中間繼電器，只留下與輸出和輸入有關(guān)的少量的硬件，同時(shí)接線也相應(yīng)的減少，從而降低觸點(diǎn)不良的故障率。

4）硬件故障診斷容易。因?yàn)镻LC在故障方面的概率很低，在自診斷及故障顯示方面也相當(dāng)?shù)耐晟?，所以?dāng)PLC或外部的輸入裝置以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障時(shí)，我們可以根據(jù)PLC自身的發(fā)光二極管或者是自帶的編程器所反映出的相關(guān)信息快速的找到產(chǎn)生故障的原因，然后通過更換相關(guān)的模塊來排除故障。

5）體積小，能耗低。如果控制系統(tǒng)非常復(fù)雜，在使用PLC后，可以大量減少中間繼電器以及時(shí)間繼電器的數(shù)量。因?yàn)樾⌒偷腜LC的體積和幾個(gè)繼電器的體積是差不多大小的，所以開關(guān)柜的體積可以縮小到原來的0.5~0.1。

3PLC系統(tǒng)的UML建模思考

PLC系統(tǒng)是實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的系統(tǒng)。UML作為面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)建模語言，在PLC領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。同其他建模語言相比，UML用于PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要優(yōu)勢(shì)有：①把靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)行為方面的描述統(tǒng)一在同一個(gè)環(huán)境下；②對(duì)同一個(gè)系統(tǒng)從不同的視角來構(gòu)建模型，如邏輯視圖、物理視圖等，用于更好的理解和規(guī)劃系統(tǒng)；③UML具有良好的擴(kuò)展機(jī)制，可在任意特定應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行系統(tǒng)建模。

1）PLC系統(tǒng)功能模型。功能建模是建立系統(tǒng)功能知識(shí)的模型。功能建模的目的是理解系統(tǒng)或部件的預(yù)期行為。功能建模在工程領(lǐng)域中非常重要，通過對(duì)系統(tǒng)未實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行分析可以推理出系統(tǒng)發(fā)生故障的原因。設(shè)計(jì)系統(tǒng)的目的就是要尋找實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能部件并組織在一起，通過分析各個(gè)設(shè)備的功能可以更好的預(yù)測(cè)系統(tǒng)在各種情況下的運(yùn)行效果。

2）PLC系統(tǒng)對(duì)象建模。PLC系統(tǒng)的對(duì)象建模主要是識(shí)別和抽象對(duì)象以及封裝為類的過程。PLC系統(tǒng)對(duì)象識(shí)別過程如下：①識(shí)別系統(tǒng)中的基本對(duì)象。PLC系統(tǒng)中控制的設(shè)備主要包括電機(jī)、變頻器、電磁閥、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備?？梢詫⑦@些作為控制系統(tǒng)中的基本對(duì)象；②候選類的確定。在PLC控制系統(tǒng)中使用面向?qū)ο蟮乃枷肟梢詫⑼活愒O(shè)備的控制方法、反饋信號(hào)、故障診斷等操作封裝為一個(gè)類；③確定類的基本屬性。類的屬性主要是指對(duì)象所出的狀態(tài)，以電機(jī)類為例，其所處的狀態(tài)包括電機(jī)啟動(dòng)、停止?fàn)顟B(tài)、故障狀態(tài)、超載狀態(tài)，這些都可以作為電機(jī)對(duì)象的基本屬性；④識(shí)別這些類的基本操作。類的操作主要是指類的動(dòng)作行為特征，例如電機(jī)類的基本操作主要是啟動(dòng)和停止電機(jī)。

3）PLC系統(tǒng)行為建模。PLC系統(tǒng)中的行為建模主要是為描述對(duì)象活動(dòng)或系統(tǒng)的流程。在使用UML對(duì)PLC系統(tǒng)進(jìn)行建模時(shí)需要使用狀態(tài)圖、活動(dòng)圖以及時(shí)序圖建立行為模型。PLC系統(tǒng)中對(duì)象進(jìn)行建模時(shí)，主要是建立對(duì)象的活動(dòng)圖，來分析對(duì)象的工作過程及對(duì)象和類的關(guān)聯(lián)與協(xié)作關(guān)系。例如可以將一個(gè)啟動(dòng)信息作為一個(gè)對(duì)象類的簡(jiǎn)單行為。

在進(jìn)行系統(tǒng)的行為建模時(shí)主要是描述系統(tǒng)的工作流。例如某PLC系統(tǒng)的工藝流程中有多個(gè)相同的工作流，當(dāng)操作員發(fā)出啟動(dòng)命令后，流程對(duì)象將按照流程列表將流程中的所有設(shè)備都一一選中，使系統(tǒng)進(jìn)行工作。

4結(jié)論

雖然PLC系統(tǒng)中的設(shè)備種類比較多，而且其控制要求往往各不相同，但是仍能從中分析出經(jīng)常使用且具有相同共同特征的類。深化對(duì)PLC控制系統(tǒng)中常用的類的抽象和實(shí)現(xiàn)研究工作，對(duì)PLC技術(shù)發(fā)展具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]史國(guó)生.電氣控制與可編程控制器技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[2]張萬忠.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[3]羅雪蓮.可編程控制器原理與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社，2008.