毕业设计英文

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Englishtranslation

TheE-BehindEverything

ghit’ssomething

wetakeforgranted,ithastakenhundredsofyearsofexperimentationandrearchtoreachthe

pointwhereweflickaswitchandthelightsgoon.

tGreeksnoticedthatiftheyrubbedapiece

ofamber,’veexperiencedasimilarthingifyou’veeverhadyour

hairstickupstraightafteryoucombedit,orhadyoursockssticktogetherwhenyouremoved

calledstaticelectricity,butbackthennobodyknewhowtoexplainit

orwhattodowithit.

Experimentsusingfrictiontogeneratestaticelectricityledtomachinesthatcouldproducelarge

1660GermanOttovonmadethefirstelectrostatic

lsymbolizedtheearth,andhebelievedthat

thislittlereplicaoftheearthwouldshedpartofitlectric“soul”ed,and

nowscientistscouldstudyelectricshocksandsparkswhenevertheywanted.

Asscientistscontinuedtostudyelectricity,theybeganthinkingofitasaninvisiblefluidandtried

hefirsttodothiswasPietervan,1746hewrappeda

water-filledjarwithmetalfoilanddiscoveredthatthissimpledevicecouldstoretheenergy

ryimportant

inotherpeople’xperiments,suchasBenjaminFranklin’ople

suspectedthatlightningandstaticelectricitywerethesamething,sincebothcrackledand

1752Franklinattachedakeytoakiteandflewitinastorm-threatened

sky.(othat!)Whena

thundercloudmovedby,arkchargedthejarsandprovedthatlightning

nyexperimentersandscientistsFranklinudonediscoveryto

inwasnottheonlyscientistinspiredtoconductexperimentswithelectricity.

Inthe1780s,theItalianscientistLuigimadeadeadfrog’slegmovebymeansofanelectric

this“animalelectricity.”Hethoughtthatthewetanimaltissuegeneratedelectricity

suggestedthatthesoulwasactuallyItalian

1799hediscoveredthatitwasn’tanimaltissue

elievedthatthecurrentwasactuallycaudby

theintacked

-calledvoltaicpile

ventionisstillaround

today,’spilewasalotdifferentfromthebatteriesyouputinyour

ig,ugly,andmessy,butitworked,makingVoltathefirstpersontogenerate

kwassoimportantthatthetermvolt—theunitof

electricaltensionorpr—alvani,althoughhewasprovenwrong,his

archeventuallyprovedthatnerves

docarryelectricalimpuls,ectricity,magnetismwas

anufacturedmagnetsarecommon,butinearliertimes

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theonlyavailablemagnetswererareandmysteriousrockswithanunexplainableattractionfor

mple,inthe1600,

ghtthatthestrange

substances,called“lodestones,”hadasoulthataccountedfortheattractionofalodestonetoiron

yrealuforlodestoneswastomakecompass,andmanythoughtthecompass

needle’smovementwasinrespontoitsattractiontotheearth’s“soul.”By1800,aftermany

yearsofstudy,scientistsbeganwonderingifthetwomysteriousforces—electricityand

magnetism—1820DanishphysicistHansOerstedshowedthatwheneveran

electriccurrentflowsthroughawire,

mathematicianAndré-Marieudalgebratocomeupwithamathematicalformulatodescribethis

neofthefirsttodevelopmeasuring

tforcurrent,theampere,abbreviatedasamporasA,isnamed

breakingexperimentsinelectromagnetismwereconductedbyBritish

edthatwhenyoumovealoopofawireinamagneticfield,a

y

ryears,engineerswouldu

theprincipleoftheinductionringtobuildelectricaltransformers,whichareudtodayin

yalsoinventedamachinethatkeptaloopof

hingtwowirestotherotatingloop,hecould

chineudinductiontoproduceaflowofcurrentas

longasitwasinmotion,r,theamountof

yalso

createdatinyelectricmotor—toosmalltodotheworkofasteamenginebutstillquitepromising.

Forthousandsofyearlectricityandmagnetismweresubjectsofinterestonlytoexperimenters

thoughtofapracticalwayofusingelectricitybeforethe1800sanditwas

araday’stimeinventorsandengineersweregearingupto

transformscientificconceptsintopracticalmachines.

TelegraphsandTelephones

Oneofthemostimportantwaysthatelectricityandmagnetismhavebeenputtouismaking

dayofinstantmessaging,cellphones,andpagers,it’s

hardtoimagineatimewhenmessageshadtobewrittenandmightspendweeksorevenmonths

dtobecarriedgreatdistancesbyships,wagon,orevenby

horback—youcouldn’lchangedwheninventors

beganusingel

telegraphwasfirstconceivedofinthe1700s,1830s,however,

advancementsinthefieldofelectromagnetism,suchasthomadebyAlessandroVoltaand

JophHenry,1837,Englishscientist

CharlesWheatstoneopenedthefirstcomtelegraphlinebetweenLondonandCamdenTown,a

ngon,SamuelMor,anAmericanartistandinventor,designedaline

toconnectWashington,DCandBaltimore,’stelegraphwasasimple

devicethatudabattery,aswitch,andasmallelectromagnet,butitallowedpeoplemilesapartto

ghMorisoftencreditedwithinventingthetelegraph,hisgreatest

contributionwasactuallyMor,'s

3

1861Californiawas

connectedtothars

later,engineersfoundawayofspanningtheAtlanticOceanwithtelegraphlines,thusconnecting

engineershad

heonlyship

ldwasconnectedbywirebeforethenationwas

connectedbyrail—thetranscontinentalrailroadwasn’tcompleteduntil1869!Thetelegraphwas

thekeytofast,lroadsandthetelegraphexpandedside-by-side,

crisscrossingeverycontinent,exceptAnta,ate19thandearly20th

centuries,teleg

enientasthetelegraphwas,peopledreamt

soon,anotherinstrumentto

derGrahamBell,ateacherandinventor,

1875,Belldiscoveredaway

toconlped

stphoneconversationwasaninadvertentonebetweenBelland

Watson,pillingsomeacid,Bellsaid“,comehere.

Iwantyou.”honervicewasn’tasportableand

convenientastoday’t,ldcallonlyoneperson,

stexchangewasin

NewHaven,wedpeoplewhosubscribedtoittocalloneanother.

Operatorshadtoconnectthecalls,

problemshadtobesolved,though,none

wasthatthesignalweakenedwithdistance,disappearingifthetelephonelinesweretoolong.A

solutionwasfoundin1912withawaytoamplifyelectricalsignals,andtranscontinentalphone

ookplacein1914,andthenextyear,Bell,whowasinNewYork,

calledWatson,thesamethinghehadsaidduringthefirst

’sanswer?“Itwilltakemefivedaystogettherenow!”

Plcdevelopment

1.1Motivation

ProgrammableLogicControllers(PLC),in

1968,havebeenwidelyudinindustryincludingmanufacturingsystems,transportationsystems,

chemicalprocessfacilities,time,thePLCreplacedthehardwiredlogic

withsoft-wiredlogicorso-calledrelayladderlogic(RLL),aprogramminglanguagevisually

remblingthehardwiredlogic,andreducedtherebytheconfigurationtimefrom6monthsdown

to6days[MoodyandMorley,1999].

AlthoughPCbadcontrolhasstartedtocomeintoplace,PLCbadcontrolwillremainthe

techniquetowhichthemajorityofindustrialapplicationswilladhereduetoitshigher

performance,lowerprice,er,accordingtoa

studyonthePLCmarketofFrostandSullivan[1995],anincreaoftheannualsalesvolumeto

15millionPLCsperyearwiththehardwarevalueofmorethan8billionUSdollarshasbeen

predicted,entorofthePLC,

RichardEMorley,fairlyconsidersthePLCmarketasa5-billionindustryattheprenttime.

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ThoughPLCsarewidelyudinindustrialpractice,theprogrammingofPLCbadcontrol

oftwareengineering,PLCsoftware

himlfemphasizedthis

aspectmostforcefullybyindicating[MoodyandMorley,1999,p.110]:

`Ifhouswerebuiltlikesoftwareprojects,asinglewoodpeckercoulddestroycivilization.”

Particularly,practicalproblemsinPLCprogrammingaretoeliminatesoftwarebugsandtoreduce

thehardwarecostsofPLCsare

droppingcontinuously,reducingthescantimeoftheladderlogicisstillanissueinindustryso

thatlow-costPLCscanbeud.

Ingeneral,theproductivityingeneratingPLCisfarbehindcomparedtootherdomains,for

instance,VLSIdesign,nt

softwareengineeringmethodologiesarenotnecessarilyapplicabletothePLCbadsoftware

designbecauPLC-programmingrequiresasimultaneousconsiderationofhardwareand

twaredesignbecomes,thereby,

industrialdesignprojects,morethanSO0/aofthemanpowerallocatedforthecontrolsystem

designandinstallationisscheduledfortestinganddebuggingPLCprograms[Rockwell,1999].

Inaddition,currentPLCbadcontrolsystemsarenotproperlydesignedtosupportthegrowing

erproblem,

impellingtheneedforasystematicdesignmethodology,istheincreasingsoftwarecomplexityin

large-scaleprojects.

1.2ObjectiveandSignificanceoftheThesis

TheobjectiveofthisthesisistodevelopasystematicsoftwaredesignmethodologyforPLC

ignmethodologyinvolveshigh-leveldescriptionbadon

statetransitionmodelsthattreatautomationcontrolsystemsasdiscreteeventsystems,astepwi

designprocess,andtofdesignrulesprovidingguidanceandmeasurementstoachievea

gibleoutcomeofthisrearchistofindawaytoreducetheuncertainty

inmanagingthecontrolsoftwaredevelopmentprocess,thatis,reducingprogrammingand

debuggingtimeandtheirvariation,increasingflexibilityoftheautomationsystems,andenabling

listoovercomeshortcomingsofcurrent

programmingstrategiesthatarebadontheexperienceoftheindividualsoftwaredeveloper.

AsystematicapproachtodesigningPLCsoftwarecanovercomedeficienciesinthetraditional

wayofprogrammingmanufacturingcontrolsystems,andcanhavewideramificationsinveral

tioncontrolsystemsaremodeledbyformallanguagesor,

equivalently,reprentationsprovideahigh-leveldescriptionofthe

achinescanbeanalyticallyevaluatedastowhether

ly,astatemachinedescriptionprovidesastructured

reprentationtoconveythelogicalrequirementsandconstraintssuchasdetailedsafetyrules.

Thirdly,well-definedcontrolsystemsdesignoutcomesareconducivetoautomaticcode

generation-Anabilitytoproducecontrolsoftwareexecutableoncommercialdistinctlogic

icular,thethesisisrelevant

withrespecttothefollowingaspects.

Customer-DrivenManufacturing

Inmodernmanufacturing,systemsarecharacterizedbyproductandprocessinnovation,become

custome

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challengeisthereforetoprovideenablingtechnologiesthatcaneconomicallyreconfigure

automand

operationalknowledgecanbereudinreal-time,therefore,givingasignificantcompetitiveedge

inindustrialpractice.

HigherDegreeofDesignAutomationandSoftwareQuality

Studieshaveshownthatprogrammingmethodologiesinautomationsystemshavenotbeenableto

tance,theprogrammingofPLCsstill

ult,thedelaysand

resourcesinprogrammingareamajorstumblingstonefortheprogressofmanufacturingindustry.

Testinganddebuggingmayconsumeover50%ofthemanpowerallocatedforthePLCprogram

rds[IEC60848,1999;IEC-61131-3,1993;IEC61499,1998;ISO15745-1,1999]

havebeenformedtofixanddisminatestate-of-the-artdesignmethods,buttheynormallycannot

participateinadvancingtheknowledgeofefficientprogramandsystemdesign.

Asystematicapproachwillincreathelevelofdesignautomationthroughreusingexisting

softwarecomponents,andwillprovidemethodstomakelarge-scalesystemdesignmanageable.

Likewi,itwillimprovesoftwarequalityandreliabilityandwillberelevanttosystemshigh

curitystandards,especiallythohavinghazardousimpactontheenvironmentsuchasairport

control,andpublicrailroads.

SystemComplexity

Thesoftwareily

shrinkinghardwarepricesspoilstheneedforsoftwareperformanceintermsofcodeoptimization

ultisthatmassiveandlesfficientsoftwarecodeononehandoutpacesthe

ly,softwareproliferatesintocomplexity

ofunmanageabledimensions;softwareredesignandmaintenance-esntialinmodernautomation

ularly,PLCprogramshaveevolvedfromacouplelines

ofcode25yearsagotothousandsoflinesofcodewithasimilarnumberof1/d

safety,forinstancenewpoliciesonfireprotection,andtheflexibilityofmodernautomation

uently,thelife-cyclecostof

softwareisapermanentlygrowingfractionofthetotalcost.80-90%ofthecostsaregoinginto

softwaremaintenance,debugging,adaptationandexpansiontomeetchangingneeds[Simmont

al.,1998].

DesignTheoryDevelopment

Today,theprimaryfocusofmostdesignrearchisbadonmechanicalorelectricalproducts.

Oneoftheby-productsofthispropodrearchistoenhanceourfundamentalunderstandingof

designtheoryandmethodologybyextendingittothefieldofengineeringsystemsdesign.A

systemdularly,

thequestionofhowtosimplifyacomplicatedorcomplexdesigntaskhasnotbeentackledina

rmore,buildingabridgebetweendesigntheoryandthelatest

epistemologicaloutcomesofformalreprentationsincomputersciencesandoperationsrearch,

suchasdiscreteeventsystemmodeling,canadvancefuturedevelopmentinengineeringdesign.

ApplicationinLogicalHardwareDesign

Fromalogicalperspective,PLCsoftwaredesignissimilartothehardwaredesignofintegrated

VLSIdesignsareextremelycomplexwithveralmillionpartsandaproduct

developmenttimeof3years[Whitney,1996].Thedesignprocessisnormallyparatedintoa

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onentdesignstage,singlefunctionsare

emdesignstage,componentsareaggregatedandthewholesystem

ral,acompleteverificationis

,asystematicapproachaxemplifiedforthePLCprogramdesignmayimpact

thelogicalhardwaredesign.

1.3StructureoftheThesis

r2clarifiesthemajorchallenges

andrearchissues,bearguedthat

asystematicdesignofPLCsoftwarecancontributetohigherflexibilityandreconfigurabilityof

ortantissueofhowtodealwithcomplexityinengineeringdesign

earchapproachapplied

inthisthesisisintroducedstartingfromadiscussionofdesigntheoryandmethodologyandwhat

canbelearntfromthatfield.

Chapter3coversthestate-of-the-artofcontroltechnologyandthecurrentpracticeindesigning

luencesofelectricalandsoftwareengineeringare

revealedaswella

andconsareevaluatedandwillleadtotheconclusionthatanewmethodologyisrequiredthat

sufficestheincreasingcomplexityofPLCsoftwaredesign.

Chapter4reprentsthemainbodyofthethesisandcapturestheesntialfeaturesofthedesign

designtheoryisregardedasbeinginapre-scientificstageithasadvanced

inmechanical,softwareandsystemengineeringwithrespecttoanumberofpropoddesign

naliteraturereviewin

Chapter2and3potentialapplicabledesignconceptsandapproachesarelectedandappliedto

ticdesignischonasunderlyingdesignconceptsinceit

providesguince

thedesignconcepttoPLCsoftwaredesign,aformalnotationbadonstatechartformalismis

rmore,adesignprocessisdevelopedthatarrangestheactivitiesneededina

quentialorderandshowstherelateddesignoutcomes.

InChapter5,anumberofcastudiesaregiventodemonstratetheapplicabilityofthedeveloped

mplesarederivedfromacomplexreferencesystem,aflexible

ievedinsightsareevaluatedinaconcludingparagraph.

Chapter6prentsthedevelopedcomputerizeddesigntoolforPLCsoftwaredesignona

twareiswritteninVisualBasicbyusingActiveXcontrolstoprovide

momponents

ofthePLCsoftwarearemodelingeditorsforthestructural(modular)andthebehavioraldesign,a

layoutspecificationinterfaceandasimulationenginethatcanvalidatethedevelopedmodel.

esstheachievementswithrespecttotherearch

calevaluationisgivenalongsidewithanoutlookforfuture

rearchissues.

电力的故事

当我们插上电源,打开旋钮,电和磁差不多在每样东西上都运行着,今天我们知道这是什么,这

一些花了人们上百年时间的实验和研究来达到这一点—当我们按下按钮时,光亮已经开始，

人们对电的了解已经有很长一段时间了.古希腊人注意到,摩擦一块琥珀,羽毛将能被吸住.你

已经经历过相类似的事情,当你梳头时,头发将垂直竖起,当你从干燥机中拿袜子时,袜子也会

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粘在一起.这被称作静电.但是在以前人们不知道如何解释此类现象或如何应用这种现象，使

用摩擦产生的静电来带动机器的实验可以产生大量所需要的静电.在1660年,德国人Otto

vonGuericke用一个硫磺球和一些布制造了第一台静电发电机.硫磺球象征大地,他深信这

种小型地球复制品被摩擦时将流出电的灵魂,他成功了,现在的科学家可以在任何想要的时

候来研究电击和电火花.随着科学家们持续对电的研究,他们开始认为它以一种看不见的方

式流动,并试图去捕获并储存.第一次去做这项研究的是荷兰Leyden的Pietervan

Musschenbroek.1746,他用一个金属箔片包一个装满水的罐子,发现这种简单的设备能储

存由静电发电机产生的能量.这个设备后来著名的莱顿瓶.莱顿瓶在其他人的实验中有非常

重要的作用.如BenjaminFranklin著名的风筝实验.许多人认为闪电和静电是同一种东西,

由于双方碰撞产生明亮的电火花.1752年,Franklin将一把钥匙绑在风筝上,在一个暴风即

将来临的天气里放飞(请记住Franklin不是在一个真正的暴风寸中放飞的,永远不要这样

做),当一块雷雨云经过时,钥匙被闪电击中,闪电充满莱顿瓶,由此证明闪电实际也是一种电

力.同其他实验人和科学家一样,Franklin用一个发现来做另外一个.Franklin并不是唯一

的在电力实验方面灵光突现的科学家.18世纪80年代,意大利的科学家LuigiGalvani用电

流让一只切断的青蛙的腿移动.Galvani称之为生物电.他认为当潮湿的动物组织同金属探

测针接触时产生电能.他甚至大胆预测精神也是一种电能。他的同伴,意大利人Alessandro

Volta对Galvani的结论深表怀疑.1799年他发现并不是单独的动物组织生产电流.Volt

深信这种电流是由动物组织的水和其它化学物质同金属探测针交互作用时产生的.Volta用

几层浸过盐水的纸板隔开金属片.这个被称作电流堆产生电流,而不再需要像莱顿瓶那样预

先充满.这项发明现在仍在使用.但今天我们称之为电池.Volta的电流堆同你现在放入随声

听的电池有很大的不同,它非常大,难看,并且杂乱,但它能工作,这使Volta成为第一个通过

化学反应来产生电的人.他的工作如此重要以至于术语伏特-电压的单位-因为他的荣誉而命

名.而Galvani,尽管他被证明是错的,他的工作扔激励在电和身体的研究,这种研究最终证明

神经能传递电能,这是医学上一个重要的发现.同电学一样,磁学阻碍着早期的研究人员.今

天制造出磁铁很普通,但在早期,唯一的磁铁是稀少的,神秘的岩石,有种无法解释的对铁块有

吸引作用.他们的解释在今天人们的眼里很奇怪.如1600年,英国医生WilliamGilbert出版

了一本关于磁的书.他认为现在被称作天然磁石的奇怪物质有一种精神,这就说明了为什么

磁吸引铁和钢的原因.天然磁石的唯一用处就是制造罗盘,许多人认为罗盘针运动是地球的

源泉吸引。到1800年,经过许多年的研究后,科学家们开始怀疑这两种神秘的力—电和磁—

是有联系的.在1820年,丹麦物理学家HansOersted显示当电流流过一个导线时在它周

围产生磁场.法国数学家André-MarieAmpère用代数学提出一个描述电和磁之间关系的

数学公式.他是早期对提高针对电学的测量技术的人,电流的单位,安培,简写作amp或A,

以他名字来命名.电磁方面开拓性的试验是由英国科学家MichaelFaraday制造的.他展

示当你在一个磁场里移动一个圆环线圈时,有少量的电流流过圆环.在以后的几年,工程师应

用感应线圈的原理来制造电力变压器,这种在今天的无数种电力和电子设备中应用.

Faraday也发明了一种机器,它能使一个圆环线圈在靠近磁铁时连续运转.通过接触两种导

线,他能制造出小电流.这种机器使用感应方式在它运转时候,产生电流.Faraday也制造出

一种小型电机,它太小以至于不能取代蒸汽机器的工作,但仍然非常有前景.数千年来,电和

磁仅仅是门让实验家和科学家感兴趣的科目.在19世纪80年代以前,没人认为电学上有实

际的应用.对大多数的人来说只能有极低的兴趣.但在Faraday时代,发明家和工程师正在促

进加快了将科学观念转换成实际应用上。

电磁的应用

电和磁在实际应用中的其中一个重要的用途就是让通讯变得越来越快,越来越便捷.今天即

时短信,蜂窝电话,寻呼机,现在很难想象当时信息要手写传递,并且要花数周甚到数月的时间

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到达他们的目的地.需要船,马车,甚至是马来长距离传递-你不可能拿起电话直接打招呼.当

发明家吗开始使用电和磁来寻找让人们互相交流的更好的方法时,所有都发生变化.

在18世纪开始想像电报,但很少有人继续这方面研究,但是到19世纪30年代,电磁学领域

的进步,如AlessandroVolta和JophHenry发现的一样,带动了电磁交流的新的兴

趣.1837年,英国科学家CharlesWheatstone建立了第一条位于伦敦和Camden镇的距

离1.5英里商业电报线.按照Wheatstone的方法,美国艺术和发明家,SamuelMor在

1844后设计了一条连接华盛顿和马里兰州的巴尔的摩的线路。Mor的电报是不念旧恶

很简单的装置,使用一节电池,一个开关,和一个小的电磁铁.但是它可以让相距数里的人立即

交流.尽管Mor通常是因为发明电报而知名,但是他的最杰出贡献是摩尔斯电码,一种为

电报设计的特殊语言.Mor的商业性的电报带来了科技的快速发展.1861年加利福利亚

通过第一条横贯大陆的的电报线连接到美国其它州.5年后,工程师找到一种方法铺设了过大

西洋的线路,将美国同欧洲连接起来.这是一项巨大的有挑战性的工作.为了做成这项工作,

工程师们动用了一条被称作TheGreatEastern巨大的船来铺设电缆.它是唯一一条有足

够空间来放线缆的船.这个世界通过线缆比通过横贯大陆铁路筅连接起来.那条铁路到

1869年才完成.电报在铁路快捷,有效的服务上起到关键作用.

在19世纪,铁路和电报同时一起,成十字形的向外辐射出去,连接每一块大陆,除了南极洲.在

19世纪晚期和20世纪早期,电报在那些像西部联盟之类的公司成为一项非常有利的商业.

它也为妇女提供了新的工作机会.鉴于电报的方便,我们开始梦想能听到遥远的恋人的声音.

不久,另外一种可以远距离交流的设备被除发明出来.AlexanderGrahamBell,一位教师

及发明家,随着耳聋,开始沉迷于研究声音.1875年,Bell将声音转换成电流,这样可以沿着线

路传送.这个帮助他发明了电话.第一次电话交流是由Bell和他在另外一个房间的助手

Watson完成的.当有些酸性物质泄漏时,Bell说是-Watson先生,快过来,我这儿需要你.

他在同年对他的设备申请了专利.早期的电话服务不像现在的那样轻便快捷.首先,电话要

连接到对方,你可以打给某个人,他们也可以打给你.电话交换改变了这些.第一台电话交换机

是在1878年康涅狄格州的NewHaven.它允许人们同意相互交流.操作者需要连接到电话

上,但到1891年,一种自动交换机发明出来了.尽管如此,在进行长距离电话前,有些问题需

要解决.主要的问题是信号随着距离变得衰弱,距离太远的话信号就会消失.1912年,有了一

个解决方案,就是放大电信号,这使横贯大陆的电话通话成为可能.1914年做了一次测试,第

二年,Bell在纽约打电话给在旧金山的Watson.电说了在第一次电话交流时说的同一句话,

Watson的问答是:五天后我就到达！

Plc的发展

1968年由计算设备的发明人理查德e.莫莉动机可编程控制器(PLC)，已被广泛应用于工业,

包括制造系统,运输系统,化工设备等,不胜枚举.当时,临立会取代hardwiredlogic软连线逻

辑或所谓梯形图(左)编程语言和视觉类似hardwired逻辑并因而减少了配置时间从6个月

至6天[24,000莫莉,1999〕.虽然基于PC控制已经开始进入的地方,基于PLC的控制仍将

技术中的大部分工业应用将坚持由于其较高性能,而且价格低廉,和优越的可靠性,在恶劣的

环境中.此外,根据一项研究PLC市场的霜冻和苏利文[1995],增加的年销售量为15万plcs

每年提供硬件价值超过8亿美元,已预言,尽管价格计算硬件正在稳步下降.发明者的临立

会,理查德e莫莉认为公平的PLC市场为50亿元的产业在当前时间.虽然plcs被广泛应用

于工业实践,编程控制器的控制系统仍然非常依赖试错.alike软件工程,PLC的软件设计,目

前正面临两难的软件危机或以类似的方式.莫莉强调自己在这方面最有力的说明[穆迪和莫

莉,1999年,第110]:`如果楼房像软件项目,一个单一的啄木鸟可以摧毁文明."尤其是,实际

问题可编程才能消除软件错误,以减少维修费用的老梯子逻辑节目.虽然硬件成本plcs正在

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不断下降,减少扫描时间梯形图仍然是一个问题,在业,使低成本plcs可用.在一般情况下,

生产力的PLC发电是落后于其他领域,例如VLSI设计那里有效率的计算机辅助设计工具的

作法.现有的软件工程方法,不一定适用于PLC的软件设计,因为PLC的编程需要同时考虑

硬件和软件.软件设计变得,因此,越来越多的主要成本动因.在许多工业设计项目,超过

so0/a的人力,用于控制系统的设计与安装,预计进行测试和调试PLC程序〔40998,1999〕.此

外,当前PLC的控制系统是不恰当的设计,以支持日益增长的需求弹性和可重构制造系统.

另外一个问题,推动需要有一个系统的设计方法论,是不断增加的软件复杂的大型项目.1.2

目的和意义论文的目的这一论断,是建立一个有系统的软件设计方法可编程操作自动化系

统.设计方法涉及高层次的描述基于国家转型模式处理自动化控制系统为离散事件系统,

分步设计过程,并订定设计规则提供指导和测量,以建立一个成功的设计有形的结果,这项研

究是为了找到一个方法,以减少不确定性,在管理控制软件发展过程中,即减少编程和调试的

时间,它们的变化,越来越灵活的自动化系统并使软件的重用,通过模块.其目的是为了克服

目前的规划策略,是基于经验的个人软件的开发商.

一个有系统的方法来设计PLC的软件可以克服的缺陷,在传统的方式编程制造控制系统,可

以产生广泛影响的几个工业应用.自动化控制系统是模拟的正式语言或,equivalently,由国

家机器.正式交涉,提供一个高层次的描述系统的行为被控制.国家机器可以分析评价,以查

明他们是否达到预期目标.其次,状态机的描述提供了一种结构性的代表转达的合理要求和

制约因素,如详细的安全规则.第三,明确界定的控制系统的设计成果,有利于代码自动生成

一个有能力生产控制软件可执行商业鲜明的逻辑控制可以减少编程的筹备时间及人力成本.

特别是,首先在客户导向的制造业来讲,在现代制造系统的特点是产品和工艺创新,成为客户

导向的,因而很快地回应变化的系统要求.一个重大的挑战就是要提供有利的技术,可以在经

济reconfigure自动化控制系统,以回应变动需求和新的机遇.设计和操作知识,可以重复使

用的实时性,因此,给予相当大的竞争力,工业实践更高程度的自动化设计和软件质量的研究

显示,编程方法自动化系统尚未能赶上急速增加,使用电脑资源.比如,编程plcs仍依靠传统

的节目风格,梯形逻辑图.由于延误和资源规划的一大绊脚石的进步制造业.测试和调试可

能消耗超过50%的统筹分配给PLC程序设计.标准[电工60848,1999年;国际电工委员会

-61131-3,1993年;IEC61499标准,1998年;iso15745-1,[1999]已形成固定和传播国家-国

际艺术设计的方法,但他们通常不能参与推进知识有效的计划和制度设计.有系统的方式

会增加设计水平的自动化,通过重用现有软件组件,并将提供方法,使大规模的制度设计管理.

同样的,这将提高软件的质量和可靠性,将相关的系统高安全标准特别是那些有危害的环境

影响,如机场的控制,以及公共铁路.系统复杂的软件业,被视为表现破坏者和复杂发生器.不

断缩小的硬件价格有所斩获,需要软件的表现而言,代码优化和效益.结果是,庞大而低效率

的软件代码,一方面保持收益硬件性能另一方面.其次,软件proliferates变成复杂到无法控

制的程度;软件重新设计并维持必要的现代自动化系统变得几乎不可能.尤其PLC程序已

从几行代码是25年前为上千行代码类似数目的算点.提高安全性,比如新政策对防火而灵

活的现代自动化系统加上复杂的程序设计过程.因此,生命周期的软件成本,是一项长期生长

所需的全部费用.80-90%这些费用都进入软件维修,调试,改造和扩建,以满足不断变化的需

求[蒙斯etal.,1998].

设计理论发展的今天,首要重点大部分设计开发研究,是基于机械和电器产品.其中的副产品,

这项研究是为了提高我们的基本了解设计理论和方法扩大到该领域的工程系统设计.一个

制度设计的理论,进行大规模而复杂的制度尚未完全建立.尤其至于如何简化复杂或复杂的

设计任务,尚未解决的一个科学的方法.此外,建设桥梁设计理论和最新成果的认识论的正式

交涉,在计算机科学和运筹学如离散事件系统建模,可以促进未来的发展,工程设计.应用在

逻辑硬件设计,从逻辑的角度来看,PLC的软件设计类似的硬件集成电路设计.现代超大规模

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集成电路设计是非常复杂的数百万件,产品开发时间为3年,[云妮,1996〕.设计过程通常是

分离成组件设计和系统设计阶段.在构件设计阶段,单一功能的设计和论证.在系统设计阶

段,部件的整理和整个系统的性能和功能测试,通过模拟.一般来说,一个完整的验证是不可能

的.因此,一个系统的方法,如对PLC的程序设计可能会影响到逻辑的硬件设计.有人会争辩

说,一个系统的设计PLC的软件能有助于更高的灵活性和可重构制造系统.重要的问题,就是

如何处理复杂的工程设计等方面的设计和营运体系将辩论.研究方法适用于这个论断是介

绍从讨论设计理论和方法是什么可以从这一领域.由计算机科学讨论.利弊的评价,并会导

致一个结论,即一种新的方法,是需要足够的面对日趋复杂的PLC软件设计.第四章占主体

的论断,抓住了本质特征的设计方法.虽然设计理论视为处于前科学阶段,它有先进的机械,

软件和系统工程方面的一些建议的设计模式及其评价整个真实世界的例子.根据文献,在第

2和第3潜在适用的设计理念和方式的选择和应用语境PLC的软件设计.公理化设计选定

为基本设计理念,因为它提供了指导设计师不受任何限制某一设计方面.

提前设计概念PLC的软件设计,一个正式的五线谱基于状态形式主义介绍.此外,设计过程中,

开发整理活动需要有优先顺序,显示了相关设计成果.其增加了一些个案研究结果充分显示

了适用性的开发设计方法.这些例子都是从一个复杂的参考系统,以及灵活的组装系统.所取

得的见解评价结论段落.该软件是在VisualBasic中使用控件提供模块化和重用Web的协作

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