CN1101953C

CN1101953C - 根据有限自动装置的原理进行技术过程控制的方法

Info

Publication number: CN1101953C
Application number: CN95191247A
Authority: CN
Inventors: 阿明·布希
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-01-17
Filing date: 1995-01-16
Publication date: 2003-02-19
Anticipated expiration: 2015-01-16
Also published as: ATE178416T1; EP0740806B1; TW403862B; CN1138905A; DK0740806T3; DE4401492A1; ES2132617T3; EP0740806A1; DE59505517D1; WO1995019590A1

Abstract

对于每个有任务的对象(OBJ_i)，至少要为重要的状态分量临时开辟一个状态空间，也就是说要为它的临时存储预留一个存储器。在单个状态空间中确定的状态分量组合的存在引起程序中确定的行为的执行，行为还可以给其它对象传出子任务(5a到5d)。每个任务执行后会从任务接受者以任务的名字(5a到5d)向任务发出者发出应答。在任务完全完成后，为它设置的状态空间将被清除，也就是说，该存储器又可以自由地被其它状态空间使用。每个状态空间自己管理自己，它只存储对象的当前真实的状态值，这些状态值可以按照过程中输入信息的标准用新的状态值覆盖。

Description

根据有限自动装置的原理进行技术过程控制的方法

技术领域

本发明涉及一种根据有限自动装置的原理进行技术过程控制的方法，利用为了完成预定行为而在状态空间中被存储的既为具体对象又为功能型对象服务的条件值，通过执行由单个控制任务分配的处理程序实现，其中每个对象可以同时拥有许多为多个同时待执行而还未完全完成的任务而开辟的状态空间。

背景技术

如今我们大量使用计算机和计算机系统来对大规模的过程事件进行监视和控制。而这些计算机和计算机系统工作所用的程序是极其复杂的。其编制过程要花费大量时间和金钱，因为程序通常并不是使用以开发者易于理解形式描述每个过程控制的面向问题的语言编制，而是以开发者费解的适合于计算机工作方式的人工程序语言编制。特别是需要再对这样的程序进行可靠性检验时，用于发展和研制此类过程事件的控制系统的费用和时间将以不期望的方式增大。

如果在程序中涉及了的对一个控制设备的要求改变了，例如因为要链接辅助的过程元素到这个事件中或者必须满足其它的过程要求，这样就要进行大规模的程序改动以满足这些新的要求；在安全性要求高的过程控制中，还有必要对改动过的软件进行单独的可靠性检验。

对于规模大而且复杂的过程事件的控制，有时要设法把复杂的过程事件分割成许多彼此相互独立的具有一定概括性的子事件，并在不同的计算机系统中实现这些子事件(新技术，2号、1973年2月，77～79页)。为了在一个计算机控制的铁道信号所中应用这一原理，建议火车进站调度、道岔运动监控、信号调整、运行分析、备用信号调整以及维护和支持在分立的计算机系统上实现(DE-29 27 169 C2)。在被分割成子过程的过程控制系统中，分配给单个子过程的计算机的编程仍然是用适合计算机工作方式的程序语言而不是开发者轻易能够理解的格式完成的。在这儿就出现了和在全部过程事件的控制中原则上相同的困难。

在所谓面向对象的程序设计中有了这样的开端，即使用开发者易于理解的明显适合问题的程序设计方法，而不仅仅是面向计算机编程(计算机杂志7-8/91，34-40页)。在面向对象的程序设计中首先要把面向应用的控制系统，例如一个铁道信号所，按分级的不同对象的类别分成许多层，其中较高的类，例如信号，描述较一般的对象，而向下分出的类，例如前信号和主信号，描述较特殊的对象。一个对象的类把每个有相同特征的单一对象集中起来。对象及其类型的描述在各个类中进行，越低层的类越有其特殊的性质，借此可以区分不同的对象，在各个层中也定义了处理对象所用的程序，它们被称为“方法”。它们确定了对象的行为，并且每个“方法”都由作用在相关对象上的指令序列构成。

这些指令都依据所谓“对象的内部状态”而定。内部状态描述了确定的任务在相关对象上已完成的程度。一条指令或任务的执行总会引起对象内部状态的改变，这又导致新的行为。要想存储一个过程控制中描述各个对象的所有可能内部状态的大量参数，以及存储那些从属于内部状态、用于把内部状态变为后续状态的“方法”，将占用大量存储器，重要的是，因其不直观而会在程序运行过程中有产生错误的危险。

在US-A-4,799,141中已知一个借助有限自动装置对技术过程进行控制的方法，通过它，一个对象可以同时为许多将要完成而未被完成的任务开辟许多状态空间，并能向其它对象传递待完成的子任务。为此，每个对象要有足够的存储容量去存储所有为任务/子任务的执行所需的状态值(指令、消息、输出状态、未状态)。在复杂的控制任务中，可能的状态值的数量将变得难以想像。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种利用为了完成预定行为而在状态空间中被存储的既为具体对象又为功能型对象服务的条件值，通过执行由单个控制任务分配的处理程序实现的根据有限自动装置的原理进行技术过程控制的方法，以此方法可以减少为描述所有可能状态值和行为而必需的存储量，同时降低自动装置描述时的复杂程度。

本发明的发明目的是通过以下的技术方案来实现的：

每个传输给对象的任务都通过预定一段存储区以标识对象内部状态的方法为此对象开辟一个基于任务的状态空间，该状态空间除了标识由程序给定的用于对象的确定状态的条件外，还记录对象中随条件的给定而出现的行为；

这些由对象开辟的基于任务的状态空间被相互独立地管理；

每个基于任务的状态空间都只是暂时地被开辟，在任务完全完成后，会通过存储区预定的重复行为而被清除；

一个请求完成的任务可以按实际给定条件的标准通过接受任务的对象自己或者一个或许多其它对象完成由这些条件决定的行为，这些行为是作为待完成的子任务交给各对象的；

执行任务或子任务的应答或子应答信息被传输给每个发出任务的对象；

在得到所有被发出任务所引起的为被完成的应答信号，而且有了发出任务的对象的允许后，基于任务的状态空间会被开辟这一相应状态空间的对象清除。

根据本发明的方法，使自动装置自己管理自己的内部状态，也就是说对于一个对象不必存储所有可能的状态序列，而只要存储事实上存在的状态序列，这些状态序列被每个对象根据详细信息修正，旧的状态值会被新的状态值覆盖掉，因此自动装置的描述将变得清晰。对于自动装置的单独编程只需要对输出信息进行定义；内部状态的定义和状态传递的确定只需通过已存储在自动装置中的固定形式进行。

附图说明

下面借助附图对本发明做进一步解释。

图1是有限自动装置的示意图，

图2是条件和行为的配合示例，

图3是带有信息的一个对象的两种状态空间，这些信息将影响相关对象的状态空间以及其它对象的状态空间。

具体实施方式

图1所示为对任意对象，甚至功能型对象的有限自动装置的公知模型。它通过输入数据、内部状态和输出数据来实现对自动装置的描述。新的内部状态和输出数据分别依赖于变化的输入信息和新生成的内部状态而依次生成。被存储在状态存储器中的当前的内部状态用Z表示，它被状态传递函数ZUF按比例改变后作为新的状态存储在状态存储器中。输出生成函数AEF根据对象的瞬时状态Z和作用在自动装置上的输入数据E推导出输出信号A。自动装置中P个单芯或多芯的输入通道E₁到E_P应解释为自动装置可以接受P个不同的信息。上标n表示在该输入信息状态时被观测值的时间属性。相应的，自动装置中r个输出通道A₁到A_r也产生了r个不同的输出值。为了进行状态的管理，给自动装置分配q个状态分量。状态传递函数ZUF把这些分量的当前状态值Z₁ ⁿ到Z_g ⁿ变为实际状态值Z₁ ⁿ⁺¹到Z_g ⁿ⁺¹，并把它们传递到状态存储器和输出生成函数AEF上，以产生新的输出值。

对于大规模过程控制，若用它的内部状态、输入输出信息以及状态传递函数和输出生成函数来描述的话，该过程事件对开发者来说不直观。本发明的方法是把控制过程中的每个对象看作特殊的自动装置。这不仅适合于现有的、具体的对象，例如铁路信号所控制中的信号、道岔、轨道区段等，也适合于一些功能型的对象，例如：进站控制、防侧面冲击控制和道路分析等。每个这种自动装置只处理全部装置中完全指定的那些状态，因此比表示全部装置的自动装置更简洁。对每个对象只使用一定数量的与对象类型一致的内、外部状态，这些状态在自动装置输入输出值的数字处理中最好使用二进制状态分量来描述。每个任务都在它所作用的对象内部，在自动装置的模型上引起一个内部状态和行为的序列，直到出现任务所期望的结果为止。在这期间，一个对象可以把它不能独自完成的任务分配给其它对象作为子任务，子任务的完成与否可以通过对应答信号的接收来监控。通过这种方式每个对象可以同时处理多个任务。状态管理和输出数据推导的每个细节都要对于相关的对象被定义和确定。这样自动装置中每个任务及其相关过程都可被视为是隔离开的。要使一个对象接收一个状态值和/或输出信息，就要满足相应的条件值，而这些条件值的得出并非本发明的主题；条件值的得出实际上出自过程要求本身。本发明的主题是如何形成新的状态和输出信息，以及如何在对象中管理状态的方式和方法。

每一个对象中都存在一个状态存储器，每一个对象的外部状态被存储于其中，例如道岔位于正位置或者反位置，道岔被空运转等。这个过程-状态存储器在对象中不断地被调整，并把从过程传到对象上的状态值存储起来。

对单一的对象只有短暂的当前状态空间，它们为了任务的完成以请求的方式被装入；内部状态指出请求的任务已经被完成了多少。

在每个对象中都有一个共用的算法，它以程序格式存储，并对状态空间进行管理。一有任务传送给对象，算法就首先为对象开辟一个状态空间。这种状态空间的开辟可理解为：为了标记一个对象的内部状态而暂时准备的一定的存储空间。每个状态空间通过对请求的任务和每个任务发出者的描述进行标识，并能通过应答信息知道其后任务的执行。当遇到一个因需要其他对象的协助而不能独自完成的任务时，对象会将任务变成子任务传给其他对象。在此过程中将为子任务的完成开辟自己的状态空间。被子任务访问的对象使用与发出任务的对象相同的方法去实现状态管理。

在一个对象的待控制过程处理程序中，有一个处理每条传到对象上的信息(任务、应答、消息)的程序块，在那里，行为以及完成每个行为执行所需的条件被列表。

这些条件通过相关对象上完全确定的状态的存在来定义，这些真实状态存储在为当前任务开辟的状态空间内或存储在为消息(对象的外部状态)准备的状态存储器中。对象的这些真实状态序列引起在程序中固定从属于这些状态的行为，例如对象的反应(如道岔转动)或者子任务到其他对象的分配。每个行为将不再通过在对象内部状态上使用状态传递函数求出，而是由程序预定。

此外，公用算法还包含期望每一个被发出的任务能从任务接收者那里得到一个应答信号。应答表明一个任务已经被完成。在应答中通过任务的、任务发出者的、甚至是任务接收者的标记来将应答分配给每个任务。另外，公用算法还表明，当所有已发出的而且在状态空间存储的任务经所属应答标记已完成时，任务结束。对任务的取消还要有每个任务发出者的同意，这在必要时是要征求的。如果得到了同意，则其状态空间将被清除，也就是说所有存储在其中的信息将被清除。状态空间清除后，对象将不再有完成过某些任务的记忆；被占用至今的存储器可被其它状态空间使用了。

以上阐述将借助图2和图3作进一步说明。图2描述了一个功能型对象的内部状态，其中对象即“进路”，是一个为有限自动装置结构的信号所，图3是为一个任意对象开辟的两个状态空间。

在图2中假设对象SELBST(＝进路)是一个任务接受者，对象Fstrverb(进路联系)是一个任务发出者，前者已经接受了一个后者发出的用于进路接通(A-FstrAnschaltung)的任务。在基于任务的状态空间被开辟后，对象“进路”将把属于当前任务的程序段激活，该程序段产生确定的内部状态列表，并在已开辟状态空间的服务区内记入相应的数据。通过查询为对象开辟的状态空间或消息所固有的状态空间，对象“进路”可以得到关于确定状态存在或不存在的待记入的二进制值。则对象“进路”应该在查询后把标志，例如当这样的接通任务存在时，把标志j(＝是)存到由该任务开辟的状态空间中去。对象的其它内部状态也被存储在这一状态空间中，即下列参数：对象SELBST是否已向进路的元件(所有元件)发出了一个监视它的指定位置的任务，对象SELBST是否已向进路元件发出了一个防侧向冲击监视的任务，对象是否已向进路元件发出监控铁路通行安全装置的任务，对象是否已向其进路元件发出监控路段接通(区段安全，对邻近车站的影响)的任务。上面所述四个子条件应假设还未被完成。对象在状态空间中存入相应的标记n(＝否)。所有这五个内部状态在其具体结构中就为程序中规定的完全确定的行为的完成描述了条件。对象SELBST其它的内部状态也许能在程序中引起其它的确定行为。所有可能出现的状态序列(条件)及其附属行为都在程序中为对象“进路”确定了。实际情况中应该完成的行为如图2下半部分所示。它包括在所述状态空间中被标为“未完成”记号的监控任务的执行。现在对象发出相应的子任务给进路元件，并等待这些子任务完成的相应应答信息。对象自己管理自己的内部状态，它把相应的参数以二进制格式存储在附带的存储器中。

子任务传给其它对象时，所开辟的状态空间的内部状态也在改变。在这个实施例中，一个附加给对象“进路”的任务在对象“进路”中产生一第二状态空间。这第二状态空间以及其它可能再有的状态空间将相互独立地被管理。对象SELBST将等待每个任务接收者发回的对子任务的应答信号。有了全部任务的完整应答，并且在任务发出者同意的前提下可清除为已完成任务所开辟的状态空间，在此例中，任务发出者为进路联系Fstrverb。

图3所示为两个状态空间同时的当前值(“瞬时记录”)，它们是为一个确定的对象OBJ_i开辟的两个相互独立的状态空间，其中为每个状态空间只标出了行为和所属的应答，没有标出条件。上面的状态空间是由对象BJ_3的任务5所开辟；它用任务的名字和任务发出者的名字标识。所有为了任务完成规定的应答和子任务被用发出应答和子任务的对象的名字命名。一个子任务的接收者-对象可以根据其任务找到应答信息的接收者。等待应答信号的任务发出者-对象也知道它在等谁(图2)，这样，在子任务完成时由其它对象发出的应答信息可以被无误地分配给对象的相应的状态空间。在图中，粗的黑体箭头代表已输入或已发出的任务、消息和应答，而细线箭头代表等待的、还未输入发出的任务、消息和应答。

对象i根据由对象3请求的任务5把子任务5a到5d传递给特定的对象，这些对象由对象i内部状态条件所产生的行为逐个地标识。在这些子任务中，子任务5a、5b、5d将被完成，并返回相应的应答信息；子任务5c仍没有应答信息。因此当前任务还没有完全被完成，对象i还不能向任务发出者对象OBJ_3所发出任务5被完成的应答信息。因此，通过任务5为对象i而开辟的状态空间仍不能被清除。对象3尚未向对象i发出该状态空间可被清除的允许，清除将被阻止。只有在收到当前任务完成的应答之后，这种允许才被发出。

此外，对象i从对象1收到一个要完成的任务1。在消息M1输入后，子任务1a和1d被分给其它对象。消息M1来源于状态空间中的辅助存储器，其不适用于状态空间操作的一般方法。任务1a相应的应答信息1a已经到达，而应答信息1d还没有到。对象i已经向发出任务的对象1发出了一个应答，告诉它待执行的任务已经被接受。由任务发出者对象1已经给出清除状态空间“Z.对象1-任务1”的许可。当所有子任务都得到应答后，对象i就可以将从属于状态空间Z.对象1-任务1的状态分量立即清除。

本发明的方法可把一个自动装置编程的单项消耗限制在比较小的程度，因为对于每个对象只记录当前实际的内部状态，并且这个对象自己管理内部状态。此方法放弃了对状态传递函数的使用，取而代之的是直接把每个要完成的行为规入信息、条件，使自动装置一目了然。为了确定条件和行为而存在的状态空间的重要部分只须暂时被载入，则全部过程控制所需的存储空间就相对小了。

Claims

1、一种根据有限自动装置的原理进行技术过程控制的方法，利用为了完成预定行为而在状态空间中被存储的既为具体对象又为功能型对象服务的条件值，通过执行由单个控制任务分配的处理程序实现，其中每个对象可以同时拥有许多为多个同时待执行而还未完全完成的任务而开辟的状态空间，

其特征在于：

每个传输给对象的任务都通过预定一段存储区以标识对象内部状态的方法为此对象开辟一个基于任务的状态空间，该状态空间除了标识由程序给定的用于对象的确定状态的条件外，还记录对象中随条件的给定而出现的行为，

这些由对象开辟的基于任务的状态空间被相互独立地管理，

每个基于任务的状态空间都只是暂时地被开辟，在任务完全完成后，会通过存储区预定的重复行为而被清除，

一个请求完成的任务可以按实际给定条件的标准通过接受任务的对象自己或者一个或许多其它对象完成由这些条件决定的行为，这些行为是作为待完成的子任务交给各对象的，

执行任务或子任务的应答或子应答信息被传输给每个发出任务的对象，

在得到所有被发出任务所引起的行为被完成的应答信号，而且有了发出任务的对象的允许后，基于任务的状态空间会被开辟这一相应状态空间的对象清除。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于：

状态空间是由单一对象状态标识的状态分量构成的，且这些状态分量由接受和发送的信息得出。

3、根据权利要求2的方法，其特征在于：

对每个任务发出者、任务接受者和任务的识别被自动附加到信息中。

4、根据权利要求1的方法，其特征在于：

除了在一个任务执行期间暂时开辟的状态空间外，还设有为了存储所有具体对象的外部状态值开辟的永久状态空间。

5、根据权利要求1或4的方法，其特征在于：

单个状态空间中状态分量以及行为的真实内容要通过在相关状态空间占用的存储器中的位的值被描述。

6、根据权利要求5的方法，其特征在于：

一个对象中互斥的状态分量为非同时可能的对象状态在一个状态空间内部建立状态子集，该子集通过不同值的一个或多个位表示。