CN105404232A - 用于在控制系统中将顺序功能图作为功能块执行的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于将顺序功能图(SFC)逻辑(47)转换成由可编程控制器(26)执行的功能块逻辑(82)的系统(30)和方法(80)。在一个实施例中，方法包括在物理计算装置(34)上接收包括步骤和过渡的顺序功能图(SFC)逻辑(47)，在物理计算装置(34)上将顺序功能图逻辑(47)的步骤和过渡转换成功能块逻辑(47)，并将功能块逻辑(47)从物理计算装置(34)上载到控制器(26)。

Description

用于在控制系统中将顺序功能图作为功能块执行的方法
本申请是于2010年4月14日提交的发明专利申请(中国国家申请号为201010165304.5，发明名称为“用于在控制系统中将顺序功能图作为功能块执行的方法”)的分案申请。
技术领域
本文公开的主题涉及控制系统，并且更具体地说涉及在可编程控制器上设计和执行逻辑。
背景技术
用于过程、装置和设备的控制系统可包括各种逻辑，以配置控制系统如何监测和控制过程、装置和设备。控制系统可包括一个或多个可编程控制器。为了实现用于控制器的逻辑的设计和提供更容易的配置，控制系统逻辑可以各种形式呈现于图形用户界面(GUI)上。
图形用户界面(GUI)对于用户是可访问的，并且用户可由GUI设计逻辑和配置控制器。GUI可通过以标准格式和/或程序设计语言来表现逻辑而呈现控制逻辑的设计。顺序功能图(SFC)是根据国际电工委员会(IEC)61131-3标准而定义的一种编程语言。这种SFC控制逻辑可能不能被控制器的某些可编程控制系统所执行或理解。
发明内容
与最初要求保护的本发明的范围相称的某些实施例可概括如下。这些实施例并不意图限制要求保护的本发明的范围，相反这些实施例仅仅意图提供本发明的可能形式的简要概括。实际上，本发明可包含各种可与下述实施例相似或不同的形式。
在第一实施例中，方法包括在物理计算装置上接收SFC逻辑，其中SFC逻辑包括步骤和过渡(transition，或称变换)，并在物理计算装置上将步骤和过渡转换成功能块。该方法还包括将功能块逻辑从物理计算装置上载到控制器上。
在第二实施例中，物理计算装置包括有形的机器可读介质，其包括适合于为用户提供SFC编辑器的代码，接收包括SFC模型的第一程序代码，将第一程序代码转换成包括块件(blockware)的第二程序代码，并输出第二程序代码。
在第三实施例中，系统包括可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器包括可执行的功能块以执行一个或多个控制功能，其中功能块是通过块库由顺序功能图模型转换而来。
附图说明
当参照附图阅读以下详细说明时，将更好地理解本发明的这些以及其它特征、方面和优势，其中在所有附图中相同的标号表示相同的部件，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的控制系统的一种实现的示意图；
图2是根据本发明一个实施例的用于为控制器的设计和配置控制逻辑的系统的示意图；
图3描绘了根据本发明一个实施例的包括块件编译器的设计程序的一个实施例；
图4是根据本发明一个实施例的SFC逻辑图表和由编译器所产生的相对应的块件的示意图；和
图5是根据本发明一个实施例的从SFC逻辑产生块件的过程的流程图。
标号列表：
10系统；12控制系统；14过程；16涡轮；18发电部件；20传感器；22促动器/马达；24接口；26控制器；30系统；32用户；34计算机；36设计程序；31存储器；33输入装置；35显示器；37处理器；38网络；39固件；40图表编辑器；42编译器；44功能块；46块库；47SFC数据模型；48箭头；49箭头；50块件(blockware)；52SFC逻辑图表；54相对应的块件；56开始块；58输入；60产生输出；62逻辑部件；63箭头；64功能块；66输入；68输出；70逻辑部件；69箭头；72功能块；74输入；76输出；78逻辑部件；80过程；82块；84任务程序代码；86传统块件程序代码；88传统块件图表编辑器。
具体实施方式
以下将描述本发明的一个或多个特定实施例。为了提供这些实施例的简明描述，在说明书中可能没有完全描述实际实施的所有特征。应该懂得，在任何这种实际实施的研究中，如同在任何工程或设计项目中一样，必须做出许多实施特有的决策，以实现研究者的特定目的，例如符合与系统及商业相关的约束，其可能根据实施而变化。此外，应该懂得这种研究工作可能是复杂且耗时的，但对于受益于本发明公开的普通技术人员仍然是其承担设计、构造和制造的日常事务。
当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“这个”和“所述”都意图表示有一个或多个元件。词语“包括”、“包含”和“具有”都是包括性的并意味着除了列出的元件之外，还可以有其它元件。
本发明的实施例包括用于在可编程控制器中将顺序功能图(SFC)作为块件(例如功能块)而执行的技术。实施例包括接收包含步骤和过渡的顺序功能图(SFC)逻辑，将顺序功能图(SFC)逻辑的步骤和过渡转换成功能块逻辑，并且将功能块逻辑从物理计算装置上载到控制器。这些步骤和过渡可根据SFC规范(IEC61131-3)进行设计。功能块逻辑的功能块通常包括输入(例如输入变量)、输出(例如输出变量)和逻辑运算符(例如布尔运算符、数字运算符等等)。在一些实施例中，可提供块库，其包括专门的功能块，它们提供了对SFC逻辑的步骤和过渡进行转换的机制。
图1描绘了根据本发明的一个实施例的系统10，系统10联接到控制系统12。系统10可包括例如过程14、涡轮16、发电部件18或任何其它部件或其组合。过程14可包括各种操作部件，例如电动马达、阀门、促动器、传感器或各种制造、处理、材料搬运以及其它应用。此外，过程14可包括用于通过自动化和/或观测而调整过程变量的控制和监测设备。涡轮16可包括蒸汽涡轮、燃气涡轮、风力涡轮、水力涡轮或其任意组合。例如，涡轮16可包括具有燃气涡轮、蒸汽涡轮和热回收蒸汽发生(HRSG)系统的联合循环。此外，涡轮16可驱动发电部件18，其可包括发电机。作为备选，在一些实施例中，涡轮16和/或发电部件可以是太阳能驱动的。涡轮16和发电部件18可包括任意数量的操作部件，例如马达、旋转部件、功率电子装置、传感器、促动器等等。
所示的过程14、涡轮16和发电部件18可包括任意数量的传感器20和促动器/马达22。传感器20可包括任意数量的适合于提供关于过程条件的信息的装置。例如，传感器20可监测温度、压力、速度、流体流速、振动、噪声、废气排放、功率输出、间隙或任何其它合适的参数。促动器22可类似地包括任意数量的适合于响应输入信号而执行机械动作的装置。例如，促动器22可控制燃料喷射速率、稀释剂或水的喷射速率、冷却剂速率、功率输出水平、速度、流速、间隙等等。
如图所示，这些传感器20和促动器22例如通过接口24而与控制系统12通信。控制系统12可包括一个、两个、三个或更多个控制器26(例如可编程逻辑控制器)，其可以任何适合于监测和控制系统10的方式进行操作。例如，这种系统可被称为单工(一个控制器)、双工(两个控制器)、三模冗余(三个控制器并被称为“TMR”)，并可提供任何合适的冗余模型。传感器20和促动器22可与任何或所有控制器26直接通信。这些装置可被用来操作过程设备。事实上，可在由控制系统12和控制器26监测并控制的过程循环中利用它们。在某些实施例中，控制器26可以是单独的和/或与过程14、涡轮16、和/或发电部件18一体的。
图2是根据本发明一个实施例的用于为控制器26设计控制逻辑的系统30的示意图。用户32可与计算机34交互，计算机34执行用于控制逻辑的设计程序36。计算机34可包括用于储存设计程序36和/或任何其它数据或程序的存储器31(例如有形的机器可读介质)。用户32可通过联接在计算机34上的输入装置33而与计算机34交互。输入装置33可以是鼠标、跟踪球、键盘、触摸屏、语音识别系统、任何合适的输入装置或其任意组合。
计算机34可以是任何合适的计算机，例如笔记本、台式机、服务器等等。在其它实施例中，计算机34可以是任何能够执行设计程序36的便携式电子装置。计算机34可包括显示器35，从而将设计程序36的各个部分或屏幕显示给用户32。显示器35可包括CRT显示器、LCD显示器、OLED显示器、LED显示器或任何合适的显示器或其组合。此外，计算机34可包括一个或多个处理器37，其可与存储器31通信，并执行计算机34上的设计程序36和任何其它程序。
计算机34可通过网络38联接在控制器26上。网络38可包括任何有线网络、无线网络或其组合，例如以太网、无线以太网等等。控制器26可包括固件39，其通常负责解释、编译和/或执行从计算机34通过网络38下载到控制器26中的任何控制逻辑。
为了创建用于控制器26的控制逻辑，用户32可在设计程序36中起动新的逻辑设计或加载现存的逻辑设计。在一个实施例中，设计程序36可为用户32提供顺序功能图(SFC)图表编辑器40，其利用IEC61131-3标准(被称为“SFC”)来设计逻辑。如以下进一步所述，由用户32创建的SFC逻辑(其可被称为SFC“数据模型”)可包括各种“步骤”和“过渡”以限定监测和控制系统10的逻辑。
在这样一个实施例中，控制器26的固件39可能不能解释、编译和/或执行由设计程序36的SFC设计编辑器40所产生的SFC逻辑程序代码。例如，控制器26可能只能够解释、编译和/或执行“块件”程序代码，例如根据功能块限定的逻辑，而非由用户32利用SFC设计程序40所创建的SFC逻辑(SFC数据模型)。
图3描绘了根据本发明一个实施例的包括SFC-块件编译器42的设计程序36的一个实施例。如图3中所描绘的实施例中所示，编译器42是设计程序36的一部分。然而，在其它实施例中，编译器42可以是能够接收来自设计程序36的输出的单独程序。编译器42可产生功能块44，并可包括块库46以有利于功能块44的产生。以下将进一步详细描述块库46。
如上所述，用户32可在SFC设计编辑器40上设计和编辑SFC数据模型47(SFC逻辑)。当用户32已经完成所需的SFC数据模型47时，编译器42可自动地执行。在一些实施例中，编译器42可在SFC模型47的任何变化之后执行。在其它实施例中，编译器42可在完成整个新的SFC模型47之后执行。在另一些其它实施例中，编译器42可由用户32的启动来执行。在上载开始时，可将SFC数据模型47提供给编译器42(如箭头48所示)。编译器42通过例如利用块库46而将SFC数据模型47(SFC逻辑)编译成功能块44(即块件)。如以下所述，编译器42可将SFC数据模型47的各个步骤和过渡转换成功能块44。这些功能块44以可由控制器26的固件39解释、编译且执行的格式描述了SFC数据模型47的逻辑。如箭头49所示，编译器42从设计程序36输出块件50(包括功能块逻辑44)。块件50可通过网络38而上载至控制器26。
图4是根据本发明一个实施例的SFC逻辑图表52和由编译器42所产生的相对应的块件54的示意图。应该懂得，SFC逻辑图表52和块件54是出于举例说明的目的而显示的简化示例，并且编译器42可从由用户32创建的任何SFC逻辑图表52而产生任何详细且复杂的块件54。
如图4中所示，SFC逻辑图表52可包括任意数量的由用户32规定的步骤和过渡。从初始步骤块开始，SFC逻辑图表包括步骤0，其通过过渡0连接到步骤1；步骤1通过过渡1连接到步骤2和步骤3；步骤2通过过渡2连接到步骤4；步骤3通过过渡3连接到步骤4，并且最后终止于步骤4。应该懂得，各个步骤和过渡可基于传感器20、促动器/马达22或系统10的任何其它部件和过程14、涡轮16以及发电部件18而限定特定的逻辑和所使用的相对应的动作。这些步骤和过渡限定了用于系统10的操作逻辑，从而实现系统10的监测和控制。
如上所述，在用户32创建SFC逻辑图表52之后，可选择SFC逻辑图表52用于上载至控制器46中。编译器42将SFC逻辑图表52中所描绘的SFC数据模型(SFC逻辑)编译成功能块56，如块件图表54所示。
如图4中所示，各个功能块56可接收输入58并产生输出60，并且可包括任意数量的逻辑部件62，例如逻辑门、布尔运算器、数字运算器等等。例如，如箭头63所示，可将步骤0转换成具有输入66、输出68和逻辑部件70的功能块64。类似地，如箭头69所示，可将过渡0转换成具有输入74、输出76和逻辑部件78的功能块72等等。通过这种方式，SFC逻辑图表52中所描绘的SFC逻辑的各个步骤或过渡转换成适合于控制器26的固件39解释、编译和执行的功能块56。
另外，SFC模型47的各个步骤和过渡的转换可包括使用块库46。块库46可包括任意数量的特定功能块，其从SFC模型47的转换的SFC逻辑来看提供了用于块件50的机制。例如，块库46的各个块可实现一个或多个SFC功能，并限定用于执行这些一个或多个功能的相对应的输入与输出。以下在表1中提供了块库46的一个实施例：
表1
应该懂得，一些实施例可使用任何或所有上述块库46。另外，在一些实施例中，可将补充块添加到块库46，以有利于将SFC数据模型47编译成块件50。在其它实施例中，上述块库46的块的输入和/或输出可针对特定的SFC的实现形式进行修改。
图5是根据本发明一个实施例的从上述SFC逻辑产生块件，例如功能块的过程80的流程图。过程80的任何步骤或所有步骤可在硬件、软件(例如存储在有形的机器可读介质中的代码)或其组合中实现。最初，可将SFC逻辑接口，例如SFC图表编辑器40提供给用户32。来自SFC图表编辑器40的输出是SFC数据模型47。SFC数据模型47可以是限定SFC数据模型47的SFC逻辑的程序代码。
SFC数据模型47被提供给编译器42。如上所述，编译器42可访问和使用块库46，以便例如通过将SFC数据模型47的步骤和过渡转换成如图4中所示的功能块56，从而将SFC数据模型47编译成块件程序代码。如块82中所示，将块件程序代码下载到控制器26(例如从计算机34上载)。
块件程序代码82包括从SFC数据模型47编译的SFC块件任务程序代码84。另外，在一些实施例中，块件程序代码82可包括传统的块件程序代码86，例如不是从SFC数据模型47编译的代码。例如，从传统的块件图表编辑器88，即块件逻辑接口可创建传统的块件程序代码86，在计算机34上执行。最后，在例如由控制器固件48解释、编译和/或执行之后，下载的块件82可作为控制器运行时88的一部分来执行。有利的是，不需要修改控制器26的固件39即可使用SFC数据模型47。
本发明的技术效果包括将IEC61131-3SFC逻辑转换成用于控制器使用的功能块逻辑。其它技术效果包括块库的使用，其限定了用于将SFC逻辑转换成功能块逻辑的特定功能块机制。
本文使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还可使本领域中的技术人员能够实践本发明，包括制造和利用任何装置或系统，并执行任何所含方法。本发明可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域中的技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有并非不同于权利要求语言的结构元件，或者如果其包括与权利要求语言无实质差异的等效的结构元件，那么这些其它示例都属于权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种方法(80)，包括：
在物理计算装置(34)上接收包括步骤和过渡的顺序功能图(SFC)逻辑(47)；
在所述物理计算装置(34)上将所述顺序功能图逻辑(47)的步骤和过渡转换成功能块逻辑(82)；以及
将所述功能块逻辑(82)从所述物理计算装置(34)上载到控制器(26)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括为所述物理计算装置(34)的用户提供SFC编辑器(40)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括为所述物理计算装置(34)的用户提供功能块编辑器(88)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，转换所述SFC逻辑(47)的步骤和过渡包括利用储存在所述物理计算装置(34)上的块库(46)将所述顺序功能图逻辑(47)的步骤和过渡转换成功能块逻辑(82)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述块库(46)包括起作用的控制块,起作用的步骤时间块,过渡控制块,SFC控制接口块,过渡激励控制块,重要动作控制块或其组合。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括在所述物理计算装置(34)的显示器(35)上显示所述SFC逻辑(47)。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，上载所述功能块逻辑(82)包括利用所述功能块逻辑(82)对所述控制器(26)进行编程。
8.一种系统(30)，包括：
包括功能块(39)的可编程逻辑控制器(26)，所述功能块(39)可被执行以执行一个或多个控制功能，其中，所述功能块(39)通过块库(46)由顺序功能图逻辑(47)转换而来。
9.根据权利要求8所述的系统(30)，其特征在于，包括：
通过网络(38)而联接在所述可编程逻辑控制器(26)上的计算机(34)，其中，所述计算机(34)包括：
处理器(37)；
有形的机器可读介质(31)；和
储存在有形的机器可读介质(31)上并可由所述处理器(37)执行的程序(36)，其中，所述程序(36)配置成为用户提供顺序功能图编辑器(40)，并输出包括SFC逻辑(47)的第一程序代码，并且所述程序配置成将所述第一程序代码转换成包括可由所述可编程逻辑控制器(26)执行的功能块(44)的第二程序代码。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述功能块(56)限定了一个或多个输入(58),一个或多个输出(60),以及作用于所述一个或多个输入(58)上以产生所述一个或多个输出(60)的逻辑运算符(62)。
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