协作式工业控制系统建模、分解及验证技术研究
发布时间：2021-09-08 13:59
随着国家在工业化发展进程上的不断深入,工业控制系统作为一种过程控制系统,被越来越广泛地应用于各行各业之中。由于工业控制系统通过各类执行机构能够对物理世界产生直接影响,其错误的运行将可能导致严重的安全事故,继而造成较大的经济损失、人员伤亡乃至重大的环境灾难。因此,在正式投入运行之前,其功能正确性、安全性及可靠性必须得到严格的保障。在当前的工业控制系统功能正确性保障工作中,主要采用的还是在设计阶段进行仿真以及在实现后进行测试的方法,但仿真与测试方法难以对系统行为进行深入而全面的考察,尤其对于具备复杂行为的系统,很难提供完备而严格的保障。因此,部分学者尝试引入形式化验证技术。但由于形式化验证技术具有较高的使用门槛,其实际应用并不广泛。且由于目前形式化验证技术存在一定的不足,大多数的现有工作都只关注了单个功能模块或程序的验证,而无法对多个任务协同的工业控制系统整体进行验证。而且,伴随着控制器技术、网络技术的发展,工业控制系统逐步从简单的单控制器控制系统发展为多控制器的分布式工业控制系统、现场总线工业控制系统乃至基于工业以太网的协作式工业控制系统,其复杂性日益提升,其功能正确性保障工作将面临更大...
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：171 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
单PLC控制系统示意图
第一章绪论华东师范大学博士学位论文图1.2:分布式控制系统示意图分布式控制系统相比单控制器控制系统而言，具有更强的稳定性，部分的控制器发生了故障，也只会导致工厂的部分区域停止作业，而不会造成整个工厂的生产发生中断。当然，部分区域的作业中断也有可能对整个系统造成严重影响，这就需要通过一定的故障隔离设计或互锁机制来进行预防，以阻止故障危害的传播，从而确保生产过程的整体安全。但由于其规模大、复杂性高，在实际应用中，通常会采用模块化、区域化、层次化的方式进行设计、部署与管理维护。现场总线控制系统（FieldbusControlSystem，FCS）实际上也是一种DCS，与传统DCS所采用的点对点直接接线方式不同，FCS使用了总线技术来实现控制器与设备，控制器与控制器的连接，如图1.3所示。在传统的DCS中，由于设备功能相对比较简单，所以都采用了直接通过线缆连到PLC的I/O端口的点对点连接方式。而随着总线技术以及智能化设备技术的发展，很多设备本身就具备了一些简单的控制能力，因而控制的模式也在发生改变。随着控制能力的下沉，控制器与控制器、控制器与设备、设备与设备之间的交互也变得越来越丰富，为满足这些通信交互需求，继续采用传统的点对点直接线缆连接方式会造成控制现场线缆严重冗余，从而会给系统的部署实工造成极大的困难，并会严重损害系统的可靠性及故障快速诊断能力。而且，许多厂商的设备之间因为接口形式不同而无法替换使用，这就导致了一定程度的设备配套3
华东师范大学博士学位论文第一章绪论图1.3:现场总线控制系统示意图困难。因而，采用总线通信技术的FCS逐渐地成为了较主流的控制系统形式。相比与传统的DCS，FCS主要有以下优点：通用的通信协议与接口形式使得各厂商设备可以兼容，系统集成成本低；通信信号全数字化，数据传输效率高、抗干扰能力强，支持更复杂的控制信息传输；通信互联、双向、开放，控制器与控制器、控制器与设备、设备与设备都能直接通信，从而可以发挥极大的协同自治优势。尽管现场总线的出现极大简化了工业控制系统的结构，使得其设计、安装、维护变得更加简单，为工业自动化发展带来了一场深层次的革命，但现场总线技术至今还未形成一个统一的标准，各家厂商的设备、控制器之间的开放性和互操作性始终难以得到统一。近年来，以太网技术开始进入工业控制领域，发展形成4
【参考文献】：
期刊论文
[1]新中国工业体系的创立、发展及其历史贡献[J]. 杨琰. 毛泽东邓小平理论研究. 2019(08)
[2]陈云与我国独立、完整工业体系基础的建立[J]. 朱佳木. 当代中国史研究. 2019(04)
[3]新中国70年工业发展脉络、历史贡献及其经验启示[J]. 李金华. 改革. 2019(04)
[4]基于符号约束的PLC程序正确性验证[J]. 张晔,陆余良. 计算机科学. 2017(S2)
[5]完整的工业体系对民族品牌对外输出推动力[J]. 陈希. 艺术科技. 2015(12)
[6]由“震网”病毒事件浅议核电站信息安全现状及监管[J]. 胡江,孙国臣,张加军,侯秦脉. 核科学与工程. 2015(01)
[7]SUPCON JX-300XP DCS集散控制系统在稀、浓硝酸装置中的应用[J]. 于东霞. 内江科技. 2013(03)
[8]工业自动化控制系统发展现状及趋势[J]. 曾礼德. 中国石油和化工标准与质量. 2012(08)
[9]近年重大工业控制系统安全事件一览[J]. 中国信息安全. 2012(03)
[10]可编程逻辑控制器（PLC）在污水处理厂中的应用[J]. 朱明瑞,沈伟. 净水技术. 2010(05)
硕士论文
[1]符合工控IEC 61131-3国际标准的结构化文本程序的验证方法研究[D]. 卜祥兴.华东师范大学 2018
[2]面向工业控制器编程语言的中间语言研究[D]. 庞海萍.华东师范大学 2018
[3]PLC系统及其FBD编程语言的形式化建模与实时性验证[D]. 李建龙.华侨大学 2015
[4]PLC程序的Petri网建模与分析方法研究[D]. 陈雪琨.华侨大学 2013
本文编号：3390912
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：171 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
单PLC控制系统示意图
第一章绪论华东师范大学博士学位论文图1.2:分布式控制系统示意图分布式控制系统相比单控制器控制系统而言，具有更强的稳定性，部分的控制器发生了故障，也只会导致工厂的部分区域停止作业，而不会造成整个工厂的生产发生中断。当然，部分区域的作业中断也有可能对整个系统造成严重影响，这就需要通过一定的故障隔离设计或互锁机制来进行预防，以阻止故障危害的传播，从而确保生产过程的整体安全。但由于其规模大、复杂性高，在实际应用中，通常会采用模块化、区域化、层次化的方式进行设计、部署与管理维护。现场总线控制系统（FieldbusControlSystem，FCS）实际上也是一种DCS，与传统DCS所采用的点对点直接接线方式不同，FCS使用了总线技术来实现控制器与设备，控制器与控制器的连接，如图1.3所示。在传统的DCS中，由于设备功能相对比较简单，所以都采用了直接通过线缆连到PLC的I/O端口的点对点连接方式。而随着总线技术以及智能化设备技术的发展，很多设备本身就具备了一些简单的控制能力，因而控制的模式也在发生改变。随着控制能力的下沉，控制器与控制器、控制器与设备、设备与设备之间的交互也变得越来越丰富，为满足这些通信交互需求，继续采用传统的点对点直接线缆连接方式会造成控制现场线缆严重冗余，从而会给系统的部署实工造成极大的困难，并会严重损害系统的可靠性及故障快速诊断能力。而且，许多厂商的设备之间因为接口形式不同而无法替换使用，这就导致了一定程度的设备配套3
华东师范大学博士学位论文第一章绪论图1.3:现场总线控制系统示意图困难。因而，采用总线通信技术的FCS逐渐地成为了较主流的控制系统形式。相比与传统的DCS，FCS主要有以下优点：通用的通信协议与接口形式使得各厂商设备可以兼容，系统集成成本低；通信信号全数字化，数据传输效率高、抗干扰能力强，支持更复杂的控制信息传输；通信互联、双向、开放，控制器与控制器、控制器与设备、设备与设备都能直接通信，从而可以发挥极大的协同自治优势。尽管现场总线的出现极大简化了工业控制系统的结构，使得其设计、安装、维护变得更加简单，为工业自动化发展带来了一场深层次的革命，但现场总线技术至今还未形成一个统一的标准，各家厂商的设备、控制器之间的开放性和互操作性始终难以得到统一。近年来，以太网技术开始进入工业控制领域，发展形成4
【参考文献】：
期刊论文
[1]新中国工业体系的创立、发展及其历史贡献[J]. 杨琰. 毛泽东邓小平理论研究. 2019(08)
[2]陈云与我国独立、完整工业体系基础的建立[J]. 朱佳木. 当代中国史研究. 2019(04)
[3]新中国70年工业发展脉络、历史贡献及其经验启示[J]. 李金华. 改革. 2019(04)
[4]基于符号约束的PLC程序正确性验证[J]. 张晔,陆余良. 计算机科学. 2017(S2)
[5]完整的工业体系对民族品牌对外输出推动力[J]. 陈希. 艺术科技. 2015(12)
[6]由“震网”病毒事件浅议核电站信息安全现状及监管[J]. 胡江,孙国臣,张加军,侯秦脉. 核科学与工程. 2015(01)
[7]SUPCON JX-300XP DCS集散控制系统在稀、浓硝酸装置中的应用[J]. 于东霞. 内江科技. 2013(03)
[8]工业自动化控制系统发展现状及趋势[J]. 曾礼德. 中国石油和化工标准与质量. 2012(08)
[9]近年重大工业控制系统安全事件一览[J]. 中国信息安全. 2012(03)
[10]可编程逻辑控制器（PLC）在污水处理厂中的应用[J]. 朱明瑞,沈伟. 净水技术. 2010(05)
硕士论文
[1]符合工控IEC 61131-3国际标准的结构化文本程序的验证方法研究[D]. 卜祥兴.华东师范大学 2018
[2]面向工业控制器编程语言的中间语言研究[D]. 庞海萍.华东师范大学 2018
[3]PLC系统及其FBD编程语言的形式化建模与实时性验证[D]. 李建龙.华侨大学 2015
[4]PLC程序的Petri网建模与分析方法研究[D]. 陈雪琨.华侨大学 2013
本文编号：3390912
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