[發明專利]一種將可編程邏輯控制器程序轉換為普通Petri網的方法

有效

• 申請號: 201110248322.4
• 申請日: 2011-08-25
• 公開（公告）號: CN102411330A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 羅繼亮;陳雪琨;齊鵬飛
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G05B19/05
• 分類號: G05B19/05
• 代理公司: 泉州市文華專利代理有限公司 35205
• 代理人: 陳雪瑩

技術領域

本發明涉及可編程邏輯控制器(PLC)程序的數學建模方法，是PLC程序仿真和驗證的有力工具，尤其是一種將可編程邏輯控制器程序轉換為普通Petri網的方法。

技術背景

可編程邏輯控制器(PLC)是工業控制系統中典型的控制器硬件，廣泛地應用于鋼鐵、石油、化工、電力和交通系統的監控。而PLC程序的開發面臨高復雜性難題：在現場總線技術的支持下，工業控制系統規模和結構復雜性增長迅速，比如地鐵交通控制系統和核電控制系統等等，而系統的狀態個數隨傳感器和執行機構的數目呈指數級增長，僅由5輛自動導航車輛組成的物流系統的狀態就達數百萬之巨，因此PLC程序設計面臨與生俱來的高計算復雜性。

而高計算復雜性帶來兩大工程問題：(1)程序設計和調試工作量繁瑣和巨大，程序開發周期和開發成本難于控制；(2)傳統程序調試無法驗證每個狀態(狀態數指數級增長)，無法保證程序的正確性和可靠性，而程序出錯可能造成嚴重事故，比如列車相撞、歐洲亞利安娜5號火箭爆炸和美國Threc-5放射性醫療事故等。

為了克服上述工程問題，需要開發PLC程序仿真和軟件驗證方法，利用計算機來完成程序仿真和驗證工作，降低程序開發成本，保證程序的正確性和可靠性。因此，需要將PLC程序模擬為計算機數學模型，即將PLC程序指令轉換為一種計算機數學模型-Petri網，以Petri網為工具對PLC程序進行仿真和驗證。(Petri網是1960年代德國科學家卡爾·A·佩特里發明的，適合于模擬異步的、并發的動態系統，既有嚴格的數學表述方式，又有直觀的圖形表達方式。)

目前已經報道的方法是給出了將單個指令或簡單的梯形圖程序轉換為擴展Petri網的方法，無法自動轉換普通的梯形圖程序，在實際模擬轉換梯形圖程序時需要列出大量的邏輯關系式，增加了工作量，而且擴展Petri網的行為分析比較復雜，反而加大了出現錯誤的可能性；還有一種方法是用擴展Petri網的結構元素去描述PLC梯形圖的基本邏輯指令，進而完成PLC梯形圖語言的轉換。這種方法的關鍵是把變遷定義為一個特定事件，但是從邏輯層面上分析，整個網結構的運行并沒有比PLC梯形圖程序更簡單，而且Petri網結構在模擬仿真時也不能自行運轉。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠實現可編程邏輯控制器程序自動轉換為普通Petri網的方法，以供計算機來完成PLC程序仿真和驗證工作，降低程序開發成本，保證程序的正確性和可靠性。

本發明一種將可編程邏輯控制器程序轉換為普通Petri網的方法，具體包括以下步驟：

步驟1、將PLC梯形圖中左母線、右母線和包括觸點、開關、輔助繼電器或線圈的開關量模擬為結點，并且左、右母線和開關量與結點一一對應，得到結點集合V＝{v_l，v_r，v₁，v₂，L，v_m}，其中v_l表示左母線，v_r表示右母線，m表示開關量的個數；將左母線、右母線和開關量之間的導線模擬為有向邊，得到有向邊集合E＝{e₁，e₂，L，e_n}，其中任意e＝(v_x，v_y)，v_x對應靠近左母線的母線或開關，v_y對應靠近右母線的母線或開關，n是有向邊的個數，從而獲得PLC梯形圖的有向圖模型G＝<V，E>；

步驟2、計算Petri網的庫所集

在PLC有向圖中，將除母線對應的結點之外的全部結點v₁，v₂，L，v_m模擬為2m個庫所，其中每個結點v_i(1≤i≤m)對應真庫所p_ion和假庫所p_ioff，所得庫所組成Petri網的庫所集

步驟3、設定Petri網的初始標識m₀：

顯然，m₀(p_ion)+m₀(p_ioff)＝1；

步驟4、在PLC有向圖中，定義與右母線結點相鄰的賦值結點集合，賦值結點集合V_o＝{v∈V/(v，v_r)∈E}，定義與左母線相鄰的起始結點集合，起始結點集合V_b＝{v∈V/(v_l，v)∈E}；