一种化工生产控制系统的制作方法

技术特征：

1.一种化工生产控制系统，其特征在于，所述化工生产控制系统设置有：控制模块、可编程控制器、监控模块、采集/控制模块以及生产/控制对象模块；所述控制模块通过可编程控制器与监控模块相连；

所述控制模块包括数据服务器、历史数据站、工程师站、操作员站、巡检员站和调度员站；所述数据服务器、工程师站、操作员站、巡检员站和调度员站与一对互为冗余以太网相连；

所述监控模块包括现场监控模块、远程监控模块以及集中监控模块，所述采集/控制模块与生产/控制对象模块相连；

所述可编程控制器的控制方法包括：

1)，根据待验证的程序，生成控制流图CFG，给CFG中的结点添加3个属性:R插值，S插值和E插值，R插值是结点可达的约束条件，判断一个状态的可达性；S插值和E插值对路径进行规约，加快程序的验证；给CFG的边添加属性W；一条边的W值表示以该边指向的结点为根结点的子图中，还没有被遍历的分支的个数；

2)，根据生成的CFG，生成抽象可达图ARG，如果沿着一条路径生成一个新状态s，如果s对应的R插值被满足，说明状态s可达，继续沿着状态s遍历该路径；否则，状态s不可达，则该路径终止，遍历其他路径；对于一个可达的状态s，如果状态s对应的E插值被该路径对应的路径公式蕴含，说明沿着该状态存在一条到达目标状态的路径，程序不安全；如果状态s对应的S插值被蕴含，说明以状态为起点的所有路径都是安全的，不需要沿着状态s探索程序；如果状态s是可达的，且E插值和S插值都不被蕴含，则继续沿着状态s遍历该路径；

3)，在生成ARG的过程中，发现一条反例路径，到达目标状态，则需要进一步判断反例路径是否虚假；不是虚假反例，则说明程序是不安全的；否则，根据虚假反例，细化模型，分别计算并更新对应状态的R插值，S插值和E插值，执行重新生成ARG，直到找到一条真反例路径或不存在反例路径。

4)R插值，S插值和E插值均采用四阶四次B样条插值曲线的构造方法给CFG中的结点添加属性；具体包括：

给定区间[a,b]的一个扩充分划：

t-6≤t-4≤t-2≤a＝t0＜t1＜…＜t2i＜t2i+1＜…＜t2m-1＜t2m＝b≤t2(m+1)≤t2(m+2)≤t2(m+3)；

及de Boor控制顶点序列：

d-1,d0,d1,d2,…,dm,dm+1；

区间[a,b]上以：

{t-6,t-4,t-2,t0,t2,…,t2i,…,t2(m-1),t2m,t2(m+1),t2(m+2),t2(m+3)}；

为样条结点的四阶四次B样条曲线记为：

其中B样条基函数Ωj(t)的支集上的样条结点为：

t2(j-2),t2(j-1),t2j,t2(j+1),t2(j+2)，j＝-1,0,1,…,m+1；

在r(t)的基础上，构造一条四阶四次B样条插值曲线rI(t)，使得它通过诸型值点列{dk}，即满足插值条件：

rI(t2k)＝dk,k＝0,1,2,…,m；

连接曲线段r(t)两端点r(t2i)和r(t2i+2)的直线段记为：

连接两相邻de Boor点di和di+1的直线段记为：

调配函数ψi(t)的表达式为：

其中ei0是自由参数，

2.如权利要求1所述的化工生产控制系统，其特征在于，所述R插值，S插值和E插值均采用的四阶四次B样条插值曲线的构造方法还保包括：

选取调配函数，作连结各样条小区间的两个端点的直线以及连结以及对应的两相邻de Boor控制顶点的直线，作各样条小区间上的样条曲线上的点与连结各样条小区间的两个端点的直线上的点的差得到增量向量；

将增量向量通过伸缩后平移到连结两相邻de Boor控制顶点的直线上就得到了各样条小区间插值于de Boor控制顶点的插值曲线；

对于四阶四次B样条曲线用增量伸缩平移方法，生成相应的插值曲线，其调配函数中含有一个自由参数，是一个四阶四次B样条多项式。

3.如权利要求2所述的化工生产控制系统，其特征在于，构造插值曲线的方法包括：

给定型值点列d0,d1,d2,…,dm，补充辅助点d-2,d-1…和dm+1,dm+2…，样条结点序列为：

…≤t-1≤a＝t0＜t1＜t2＜…＜tm-1＜tm＝b≤tm+1≤…；

将{dj}作为de Boor控制顶点序列，得n阶B样条曲线，记为：

其中Nj,n(t)是n阶B样条基函数，其支集设为区间为实数取整；

构造曲线dI(t)，满足插值条件：

dI(tk)＝dk,k＝0,1,2,…,m；

在每个区间样条子区间[ti,ti+1](i＝0,1,2,…,m-1)上，连接B样条曲线段d(t)的两个端点d(ti)和d(ti+1)的直线段记为li(t)，方程为：

li(t)＝(1-Φi(t))d(ti)+Φi(t)d(ti+1),ti≤t≤ti+1；

而连接两相邻de Boor点di和di+1的直线段记为Li(t)，方程为：

li(t)＝(1-Φi(t))d(ti)+Φi(t)d(ti+1),ti≤t≤ti+1；

Li(t)＝(1-Φi(t))di+Φi(t)di+1,ti≤t≤ti+1；

作曲线段d(t)与直线段li(t)在区间[ti,ti+1]上的差向量：

δi(t)＝d(t)-li(t),ti≤t≤ti+1；

差向量伸缩，即得αδi(t)，α＞0，将其平移，使其起点落在直线段上的对应点处，即得：

dI(t)＝Li(t)+αδi(t),ti≤t≤ti+1,i＝0,1,2,…,m-1；

或写为：

dI(t)＝[(1-Φi(t))di+Φi(t)di+1]+α[d(t)-(1-Φi(t))d(ti)-Φi(t)d(ti+1)]；

ti≤t≤ti+1,i＝0,1,2,…,m-1；

函数Φi(t)满足如下的条件：

Φi(t)在区间[ti,ti+1]上具有直到n-2阶的连续导数；

Φi(ti)＝0，Φi(ti+1)＝1，j＝1,2,…,n-2；

得：

Φi(t)在区间[ti,ti+1]为单调增函数，以避免直线段li(t)和Li(t)出现重结点。

4.如权利要求1所述的化工生产控制系统，其特征在于，

所述生成待验证程序的CFG，并且初始化结点和边的属性，包括以下步骤：

(1)找到CFG中的目标结点，从目标结点开始反向遍历CFG，遍历的结点和边都保留，没有遍历到的结点和边都删除；

(2)得到裁剪后的CFG，初始化属性的值，对各个结点的三种插值进行初始化，初次遍历CFG，生成ARG的过程中，每一个结点的R插值的初始值都为{true}；对于S插值，定义了为一个二元组:(F,Is)，其中，F的值域为{full,half}，Is的值是一个由谓词组成的合取式；对于一个结点l，如果l没有后继结点或者l的所有后继结点的S插值都是full,记为f，表示l的所有后继结点都被遍历过，则l的S插值也是full，否则，l的S插值为half，记为h，具体的形式如下：

l是终结点，S插值的初始值为(full,true)，表示如果到达终结点，路径一定是安全的；l是目标结点，S插值的初始值为(full,false)，表示如果到达目标结点，路径一定是反例路径；对于其他结点，S插值的初始值为(half,true)，具体的形式如下:

l是目标结点，E插值的初始值为true，表示路径一定是真反例；l是终结点，E插值的初始值为false，表示路径一定不可能到达目标结点；对于其他结点，E插值的初始值为false，初始认为都不能到达目标结点；对于每一条迁移的W属性，初始值为⊥，表示还没开始遍历，其中，W的值域为{N+,⊥}，N+是正整数集合。

5.如权利要求1所述的化工生产控制系统，其特征在于，

所述步骤2)中，利用W属性决定分支边的遍历顺序，同时，利用S插值和E插值，加快验证的效率，具体的步骤包括：

(1)得到一个可达状态s'，根据CFG的迁移关系，产生后继状态；如果存在多个可能的后继，根据边的W值，决定遍历顺序；边的W值的优先级为：(>0)>⊥>0；如果边的W值相同，则随机选择；对于一个后继状态s，根据R插值，如果状态s不可达，则当前路径终止，遍历其他路径；如果当前状态s可达，首先判断s的E插值是否为false；如果是false，说明s[0]的后继结点还没被遍历过，跳转到(2)；如果不是false,首先采用SSA原则，每一个变量至多被赋值一次，得到从初始状态s0到达s的路径公式，记为Pf(s0,…,s)；用求解器判断Pf(s0,…,s)是否蕴含s的E插值；如果蕴含，则说明程序存在一条真反例，程序不安全，验证结束；否则跳转到(2)；

(2)判断s的S插值是否为full插值；如果不是full插值，则跳转到(3)；如果是full插值，得到从初始状态s0到达s的路径公式，记为Pf(s0,…,s)，然后用求解器判断Pf(s0,…,s)是否蕴含s的S插值；如果蕴含，则说明以状态s为起点的所有路径都是安全的，不需要探索，当前路径终止，遍历其他路径；

(3)判断s是否目标状态，如果是目标状态，则发现一条反例路径，执行步骤3)；如果不是，进一步判断s是否被其他状态覆盖；如果s被覆盖，则不需要探索当前路径，遍历其他路径；如果s不被覆盖，则继续探索当前路径；

(4)如果存在没有被遍历的可达状态，则跳转到(1)；否则，验证结束，程序安全。

6.如权利要求1所述的化工生产控制系统，其特征在于，所述采集/控制模块用于直接对生产对象、控制对象进行数据采集和功能控制，并将生产/控制对象模块的数据信息采集后集中传递给监控模块，进行分析，同时下载和接收监控模块传递的控制指令及操作命令对具体对象进行工业控制。