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

關鍵詞PLC；建模；UML技術

中圖分類號TP311文獻標識碼A文章編號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)控制計算機，早期的可編程控制器主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。在硬件設計方面，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

1）易于使用。體現(xiàn)在以下兩個方面：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技術已經(jīng)相當成熟，逐漸向模塊化、系列化、標準化發(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行系統(tǒng)配置，組成不同功能的系統(tǒng)。在編程方面，PLC簡單易懂，梯形圖是最常見的編程語言，PLC的表達方式和電路符號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較短的時間就可以使用。

2）功能豐富，性價比高。一臺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。因為這些元件都有很強的功能，所以可以實現(xiàn)復雜的系統(tǒng)控制功能。使用PLC的系統(tǒng)生產(chǎn)周期短，使用的輔助設備投入少，與其實現(xiàn)相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價格比。

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

4）硬件故障診斷容易。因為PLC在故障方面的概率很低，在自診斷及故障顯示方面也相當?shù)耐晟?，所以當PLC或外部的輸入裝置以及執(zhí)行機構出現(xiàn)故障時，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信息快速的找到產(chǎn)生故障的原因，然后通過更換相關的模塊來排除故障。

5）體積小，能耗低。如果控制系統(tǒng)非常復雜，在使用PLC后，可以大量減少中間繼電器以及時間繼電器的數(shù)量。因為小型的PLC的體積和幾個繼電器的體積是差不多大小的，所以開關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)是實時性很強的系統(tǒng)。UML作為面向?qū)ο蠓治雠c設計的標準建模語言，在PLC領域引起了廣泛關注。同其他建模語言相比，UML用于PLC系統(tǒng)設計的主要優(yōu)勢有：①把靜態(tài)結構和動態(tài)行為方面的描述統(tǒng)一在同一個環(huán)境下；②對同一個系統(tǒng)從不同的視角來構建模型，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具有良好的擴展機制，可在任意特定應用領域進行系統(tǒng)建模。

1）PLC系統(tǒng)功能模型。功能建模是建立系統(tǒng)功能知識的模型。功能建模的目的是理解系統(tǒng)或部件的預期行為。功能建模在工程領域中非常重要，通過對系統(tǒng)未實現(xiàn)的功能進行分析可以推理出系統(tǒng)發(fā)生故障的原因。設計系統(tǒng)的目的就是要尋找實現(xiàn)系統(tǒng)的功能部件并組織在一起，通過分析各個設備的功能可以更好的預測系統(tǒng)在各種情況下的運行效果。

2）PLC系統(tǒng)對象建模。PLC系統(tǒng)的對象建模主要是識別和抽象對象以及封裝為類的過程。PLC系統(tǒng)對象識別過程如下：①識別系統(tǒng)中的基本對象。PLC系統(tǒng)中控制的設備主要包括電機、變頻器、電磁閥、電動執(zhí)行機構等設備?？梢詫⑦@些作為控制系統(tǒng)中的基本對象；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備的控制方法、反饋信號、故障診斷等操作封裝為一個類；③確定類的基本屬性。類的屬性主要是指對象所出的狀態(tài)，以電機類為例，其所處的狀態(tài)包括電機啟動、停止狀態(tài)、故障狀態(tài)、超載狀態(tài)，這些都可以作為電機對象的基本屬性；④識別這些類的基本操作。類的操作主要是指類的動作行為特征，例如電機類的基本操作主要是啟動和停止電機。

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象活動或系統(tǒng)的流程。在使用UML對PLC系統(tǒng)進行建模時需要使用狀態(tài)圖、活動圖以及時序圖建立行為模型。PLC系統(tǒng)中對象進行建模時，主要是建立對象的活動圖，來分析對象的工作過程及對象和類的關聯(lián)與協(xié)作關系。例如可以將一個啟動信息作為一個對象類的簡單行為。

在進行系統(tǒng)的行為建模時主要是描述系統(tǒng)的工作流。例如某PLC系統(tǒng)的工藝流程中有多個相同的工作流，當操作員發(fā)出啟動命令后，流程對象將按照流程列表將流程中的所有設備都一一選中，使系統(tǒng)進行工作。

4結論

雖然PLC系統(tǒng)中的設備種類比較多，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PLC控制系統(tǒng)中常用的類的抽象和實現(xiàn)研究工作，對PLC技術發(fā)展具有重要意義。

參考文獻

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