CN110674049A

CN110674049A - 一种面向plc逻辑编程的智能形式化验证方法

Info

Publication number: CN110674049A
Application number: CN201910928294.7A
Authority: CN
Inventors: 郭肖旺; 赵德政; 原惠峰; 孙少乙; 郝瑞华; 封成玉; 何永瑾
Original assignee: Zhongdian Intelligent Technology Co Ltd
Current assignee: Zhongdian Intelligent Technology Co Ltd
Priority date: 2019-09-28
Filing date: 2019-09-28
Publication date: 2020-01-10
Anticipated expiration: 2039-09-28
Also published as: CN110674049B

Abstract

本发明实现了一种面向PLC逻辑编程的智能形式化验证方法，可适用于所有支持ST语言的编程软件。所述方法包含如下步骤，S1:接收PLC逻辑编程软件编好的逻辑程序；S2:解析逻辑程序：进行词法、语法分析，生成逻辑状态机、状态集合和验证用例运行集合；S3:根据逻辑状态机生成智能化测试参数，生成影响因子参数、覆盖参数、智能参数集合；S4：建立自动化测试任务，根据接收的PLC逻辑程序的数量生成多个自动化测试任务；S5:自动进行测试过程操作：模拟PLC运行过程，自动进行验证启动、用例参数设置、运行用例、收集运行结果信息、退出验证操作；S6:生成验证分析报告。该方法可以提供对PLC逻辑程序的自动化验证，方便PLC开发调试，有效降低开发和应用成本。

Description

一种面向PLC逻辑编程的智能形式化验证方法

技术领域

本发明涉及工业控制技术领域，具体涉及一种面向PLC逻辑编程的智能形式化验证方法。

背景技术

目前PLC种类众多，各厂家的产品各不相同，用户使用PLC控制器进行编程时，采用的PLC逻辑组态软件也根据PLC的品牌有不同的选择，但是用户所编写的控制器程序下装到PLC后，只能采用手动调试的手段连接具体的设备进行调试，或连接仿真器进行调试。有些厂家的编程软件提供了趋势图、读写变量等调试手段，但是在调试过程中需要手动的一个一个调整参数，并且调试过程不能记录，在需要进行PID等参数调节性功能时，需要手动记录一些配置参数，不能形成有效的分析结果。目前针对PLC编程的调试手段大多集中在编程工具中，调试方法单一、效率低，且不能形成有效的记录，以供后续数据分析和决策。

发明内容

针对上述问题，本实施例的目的在于提供了一种面向PLC逻辑编程的智能形式化验证方法，以解决对PLC编程的调试手段单一、效率低的问题，本发明可对PLC编程形成有效的记录，生成测试报告，且测试过程完全自动化、智能化。

一种面向PLC逻辑编程的智能形式化验证方法，包括：

S1: 接收PLC逻辑编程软件编好的逻辑程序；

S2: 解析逻辑程序：进行词法、语法分析，生成逻辑状态机、状态集合和验证用例运行集合；

S3: 根据逻辑状态机生成智能化测试参数：从状态机中抽取状态转换的运行步骤的影响因子，生成影响因子参数，根据条件、分支、边界等生成覆盖参数，集合验证用例生成智能参数集合；

S4：建立自动化测试任务，根据接收的PLC逻辑程序的数量生成多个自动化测试任务；

S5: 自动进行测试过程操作：模拟PLC运行过程，自动进行验证启动、用例参数设置、运行用例、收集运行结果信息、退出验证操作；

S6: 生成验证分析报告。该方法可以提供对PLC逻辑程序的自动化验证，方便PLC开发调试，有效降低开发和应用成本。

优选地，S2:解析逻辑程序的具体步骤如下：

S2-1：词法分析：分析PLC逻辑程序的变量、标示符、符号等，生成token流；

S2-2: 语法分析：根据词法分析的结果，进行语法分析；

S2-3: 抽象语法树：生成抽象语法树结构，并收集符号信息；

S2-4：二叉树链结构转化：将抽象语法树结构转化为更容易进行状态机分析的二叉树链结构，所述二叉树链结构是本发明中定义的一种二叉树和链表结合的数据结构；

S2-5：逻辑状态机生成：对二叉树链表结构进行遍历，收集其中跳转、分支等节点，生成状态集合；

S2-6: 验证用例运行集合生成：根据上一步生成的逻辑状态机集合，生成状态运行和转化的用例，覆盖所有跳转、分支；

优选地，S3：根据逻辑状态机生成智能化测试参数的具体步骤如下：

S3-1：收集逻辑状态机的状态集合：遍历步骤S2-5中的逻辑状态机，生成应用于逻辑验证的状态机集合；

S3-2: 从状态机中抽取状态转换的运行步骤的影响因子；

S3-3：生成影响因子集合；

S3-4: 生成影响因子参数；

S3-5：根据条件、分支、边界等方法生成覆盖参数；

S3-6：结合S2-6生成的验证用例运行集合，使用覆盖参数，生成智能参数集合；

优选地，所述一种面向PLC逻辑编程的智能形式化验证方法，实现为一种面向PLC逻辑编程的智能化验证设备的固件程序，所述一种面向PLC逻辑编程的智能化验证设备可以通过串口、网口与上位机连接，所述上位机提供PLC逻辑组态软件，可提供遵循IEC61131-3标准的ST语言编程环境，并导出ST文本语言代码，所述PLC逻辑组态软件将编好的逻辑下装到所述面向PLC逻辑编程的智能化验证设备，所述面向PLC逻辑编程的智能化验证设备自动生成形式化验证用例，并模拟PLC运行过程，自动进行验证启动、用例参数设置、运行用例、生成运行报告、退出验证操作。

本发明实施例包括以下优点：

采用所述一种面向PLC逻辑编程的智能形式化验证方法实现的一种面向PLC逻辑编程的智能化验证设备，可以灵活的支持不同厂家的PLC编程软件，只要PLC编程软件可提供ST语言的逻辑程序，所述面向PLC逻辑编程的智能化验证设备基于ST语言程序，自动进行逻辑分析和用例生成，并自动进行智能化参数填充和验证报告生成。

采用所述面向PLC逻辑编程的智能化验证设备，不需要熟悉PLC编程软件的调试手段，不需要进行读写变量、强制变量等调试方法的学习，对操作者技术要求低。

此外，采用所述面向PLC逻辑编程的智能化验证设备，可自动生成验证报告，为以后进行数据分析和决策奠定基础。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是面向PLC逻辑编程的智能化形式验证流程图；

图2是逻辑程序解析流程图；

图3是智能化测试参数生成流程图；

图4是设备和软件连接图；

图5是固件程序模块设计图。

具体实施方式

为了更清楚地表达本发明的目的、技术方案和优点，以下结合本发明实施中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

图1是本发明实施例提供的面向PLC逻辑编程的智能形式化验证方法示意图，参见图1，该方法包括：

S1: 接收PLC逻辑编程软件编好的逻辑程序；

进一步地，S2:解析逻辑程序的具体步骤参见图2，包括如下：

S2-2: 语法分析：根据词法分析的结果，进行语法分析；

S2-3: 抽象语法树：生成抽象语法树结构，并收集符号信息；

进一步地，S3：根据逻辑状态机生成智能化测试参数的具体步骤，参加图3，包括如下：

S3-2: 从状态机中抽取状态转换的运行步骤的影响因子；

S3-3：生成影响因子集合；

S3-4: 生成影响因子参数；

S3-5：根据条件、分支、边界等方法生成覆盖参数；

进一步地，采用所述面向PLC逻辑编程的智能形式化验证方法，实现一种面向PLC逻辑编程的智能化验证设备，可以通过串口、网口与上位机连接，所述上位机提供PLC逻辑组态软件，可提供遵循IEC61131-3标准的ST语言编程环境，并导出ST文本语言代码，所述PLC逻辑组态软件将编好的逻辑下装到所述面向PLC逻辑编程的智能化验证设备，所述面向PLC逻辑编程的智能化验证设备自动生成形式化验证用例，并模拟PLC运行过程，自动进行验证启动、用例参数设置、运行用例、生成运行报告、退出验证操作。

进一步地，采用面向PLC逻辑编程的智能化验证设备进行验证的连接方式参见图4，所述一种面向PLC逻辑编程的智能化验证设备可以通过串口、网口与上位机连接。

进一步地，所述一种面向PLC逻辑编程的智能化验证设备，包括1个CPU处理器单元，4个EtherNet网口单元，1个Flash存储单元，1个SDRAM存储单元，1个LED显示单元，1路RS232/485接口，1个电源单元；所述CPU处理器单元与2个EtherNet网口单元单元相连，2个EtherNet网口单元用于与上位机PLC逻辑编程软件通信；1个Flash单元与CPU处理器单元连接，用于进行智能化验证固件和验证程序的存储；1个SDRAM用于进行运算占用存储；1个LED显示单元提供8个显示LED灯，用于进行状态等显示；1路RS232/485接口用于输出配置信息；1个电源单元用于设备供电。

进一步地，所述智能化验证固件如图5所示，包括逻辑处理程序、智能验证程序、串口驱动程序、以太网驱动程序、存储管理程序。

进一步地，所述逻辑处理器程序包括通信管理、任务管理、状态管理、输入输出管理，所述通信管理用于与PLC逻辑编程软件通信，所述任务管理用于管理固件运行中的多个处理任务的调度管理；所述状态管理程序用于管理所述面向PLC编程的智能化验证设备的工作状态，包括运行、停止、下装、测试完成等4个状态；所述输入输出管理用于对所述面向PLC编程的智能化验证设备的输入输出进行管理；

进一步地，所述智能验证验证程序包括用例生成、逻辑分析两个模块；所述逻辑分析用于分析接收到的PLC逻辑组态软件下装的逻辑程序，进行逻辑数据结构分析，生成验证状态机程序；用例生成，用于接收分析完成的逻辑数据结构，并根据数据结构和状态机，生成覆盖性测试用例程序。

进一步地，所处存储管理程序可以存储逻辑验证程序、验证生成的测试用例和运行结果的报告。

举例来讲，启动PLC逻辑组态软件，

在PLC逻辑组态软件中编写一个逻辑程序如下：

VAR

a:DINT;

END_VAR

a:=a+1;

生成文本文件aTest.st；

将PLC逻辑组态软件所在的计算机采用网线与所述面向PLC逻辑编程的智能化验证设备相连；

下装aTest.st文件到所述面向PLC逻辑编程的智能化验证设备中；

所述面向PLC逻辑编程的智能化验证设备进行逻辑解析，得到一个Dint类型的变量a进行自加运算，则生成验证分析用例a=a+1；智能化验证参数集合：a=0; a=-1, a=1, a=4294967295, a=-2147483648, a=2147483647；

运行测试用例，得到如下验证报告：

a=0, a:=a+1=>a=1;

a=-1, a:=a+1=>a=0;

a=1, a:=a+1=>a=2;

a=4294967295, a:=a+1=>a=0;

a=-2147483648, a:=a+1=>a=-2147483647;

a=2147483647, a:=a+1=>a=0;

以上结合附图详细描述了本发明的实施方式，但是，本发明并不限上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种面向PLC逻辑编程的智能形式化验证方法，其特征在于，该方法可用于对PLC逻辑程序的自动化验证，可适用于所有支持ST语言的编程软件，

所述一种面向PLC逻辑编程的智能形式化验证方法包括6个步骤：

S1: 接收PLC逻辑编程软件编好的逻辑程序；

S6: 生成验证分析报告，

该方法可以提供对PLC逻辑程序的自动化验证，方便PLC开发调试，有效降低开发和应用成本。

2.根据权利要求1，S2:解析逻辑程序的具体步骤如下：

S2-2: 语法分析：根据词法分析的结果，进行语法分析；

S2-3: 抽象语法树：生成抽象语法树结构，并收集符号信息；

S2-6: 验证用例运行集合生成：根据上一步生成的逻辑状态机集合，生成状态运行和转化的用例，覆盖所有跳转、分支。

3.根据权利要求1，S3：根据逻辑状态机生成智能化测试参数的具体步骤如下：

S3-2: 从状态机中抽取状态转换的运行步骤的影响因子；

S3-3：生成影响因子集合；

S3-4: 生成影响因子参数；

S3-5：根据条件、分支、边界等方法生成覆盖参数；

S3-6：结合S2-6生成的验证用例运行集合，使用覆盖参数，生成智能参数集合。

4.根据权利要求1，所述一种面向PLC逻辑编程的智能形式化验证方法，实现为一种面向PLC逻辑编程的智能化验证设备的固件程序，所述一种面向PLC逻辑编程的智能化验证设备可以通过串口、网口与上位机连接，所述上位机提供PLC逻辑组态软件，可提供遵循IEC61131-3标准的ST语言编程环境，并导出ST文本语言代码，所述PLC逻辑组态软件将编好的逻辑下装到所述面向PLC逻辑编程的智能化验证设备，所述面向PLC逻辑编程的智能化验证设备自动生成形式化验证用例，并模拟PLC运行过程，自动进行验证启动、用例参数设置、运行用例、生成运行报告、退出验证操作。