本發(fā)明屬于車間工業(yè)制造系統(tǒng)與控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種車間制造系統(tǒng)petri網(wǎng)模型的plc硬件實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展推動(dòng)了工業(yè)制造水平的提高，同時(shí)也使車間工業(yè)制造系統(tǒng)的自動(dòng)化水平不斷提高?，F(xiàn)代的車間制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程比較復(fù)雜，所以在系統(tǒng)投入使用前，要找到一個(gè)合適的車間制造系統(tǒng)建模方法進(jìn)行清晰準(zhǔn)確描述整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)要素。要能夠在設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí)就能夠有效避免一些嚴(yán)重的錯(cuò)誤或缺陷，在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，要能方便的監(jiān)督和完善。目前，涉及車間制造系統(tǒng)建模的方法有很多種，且側(cè)重點(diǎn)各有不同，其中petri網(wǎng)建模與設(shè)計(jì)是其中的主流技術(shù)之。

petri網(wǎng)是一種用于異步、并發(fā)和動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)的圖形化、數(shù)學(xué)化建模工具，用于分析、設(shè)計(jì)、模擬和研究異步、并發(fā)、不確定性和隨機(jī)的離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。根據(jù)有關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)行為方面的信息，可以對(duì)要開(kāi)發(fā)或者維護(hù)的系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)和改進(jìn)。而且petri網(wǎng)是基于結(jié)構(gòu)圖和流程圖形式，所以可以很直觀、形象地觀察和分析模型，同時(shí)，作為一種數(shù)學(xué)工具petri網(wǎng)可以建立狀態(tài)方程、代數(shù)方程以及系統(tǒng)行為的其他數(shù)學(xué)模型，便于計(jì)算和驗(yàn)證。

另一方面，在車間工業(yè)制造中存在大量的開(kāi)關(guān)量為主的開(kāi)環(huán)的順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作或按照時(shí)序動(dòng)作；另外還有與順序、時(shí)序無(wú)關(guān)的按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制；以及大量的開(kāi)關(guān)量、脈沖量、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)器、模擬量的越限報(bào)警等狀態(tài)量為主的離散量的數(shù)據(jù)采集監(jiān)視。由于這些控制和監(jiān)視的要求，使plc發(fā)展成了取代繼電器線路和進(jìn)行順序控制為主的產(chǎn)品。把plc應(yīng)用于離散事件系統(tǒng)的控制，是因?yàn)閜lc本身的低成本、耐用性和易編程的性質(zhì)。plc編程語(yǔ)言包括順序功能圖語(yǔ)言、梯形圖語(yǔ)言、功能塊語(yǔ)言、語(yǔ)句表語(yǔ)言以及結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言。不同的編程語(yǔ)言編寫的程序一般可以相互轉(zhuǎn)換，不同的語(yǔ)言形式可以表達(dá)相同的邏輯關(guān)系。其中，梯形圖語(yǔ)言以其簡(jiǎn)單和直觀的特性，成為實(shí)際應(yīng)用中最常用的plc編程語(yǔ)言。

對(duì)于簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，使用啟發(fā)式方法，很容易寫出plc程序。但是，當(dāng)開(kāi)發(fā)多產(chǎn)品、并行任務(wù)或周期性交互任務(wù)時(shí)，梯形圖語(yǔ)言難以提供足夠的結(jié)構(gòu)支持，同時(shí)系統(tǒng)也會(huì)極為復(fù)雜以至于難以調(diào)試。所以需要一種更高層次的工具去幫助解決這些問(wèn)題。在離散事件系統(tǒng)的描述問(wèn)題上，petri網(wǎng)被公認(rèn)為是一高效的工具。

由于petri網(wǎng)在描述離散事件上的優(yōu)勢(shì)和plc在自動(dòng)化工業(yè)上的廣泛應(yīng)用，由petri網(wǎng)轉(zhuǎn)化至plc梯形圖也經(jīng)歷了學(xué)者的大量研究。d.c.mcfarlane等提出了一種基于時(shí)序邏輯的轉(zhuǎn)化方法。該方法羅列庫(kù)所與變遷之間的結(jié)構(gòu)形式，給出對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)化后的梯形圖。該方法的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且考慮到了對(duì)外部事件輸出的組合邏輯。但是該方法只適用于安全petri網(wǎng)，并且沒(méi)有考慮沖突問(wèn)題和雪崩效應(yīng)。在實(shí)際的離散事件系統(tǒng)petri網(wǎng)建模中，安全petri網(wǎng)適用性低，這大大降低了它的實(shí)用性。(chirnjl,mcfarlanedc.petrinetsbaseddesignofladderlogicdiagrams[j].2000.)

muratuzam等提出了一種基于tpl(tokenpassinglogic)的轉(zhuǎn)化技術(shù)(uzamdm,jonesah.discreteeventcontrolsystemdesignusingautomationpetrinetsandtheirladderdiagramimplementation[j].internationaljournalofadvancedmanufacturingtechnology,1998,14(10):716-728.)。它的主要思想是利用托肯在庫(kù)所之間的演變作為轉(zhuǎn)化的主要依據(jù)。在uzam的另一篇相關(guān)文章中提出了沖突問(wèn)題，并給出了兩種解決方案(uzamm,ib,geleng,etal.asynchronousimplementationofapetrinetbaseddiscreteeventcontrolsystemusingaxilinxfpga[j].2008.)。其核心思想是對(duì)沖突結(jié)構(gòu)設(shè)置優(yōu)先級(jí)。但這兩種方法都要對(duì)原有模型進(jìn)行擴(kuò)展，增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，也沒(méi)有考慮雪崩效應(yīng)。

縱觀petri網(wǎng)至plc梯形圖轉(zhuǎn)化的研究，在很多方面已經(jīng)取得了巨大進(jìn)展。比如轉(zhuǎn)化方法對(duì)各種擴(kuò)展petri網(wǎng)的適用性，轉(zhuǎn)化方法的簡(jiǎn)潔性，控制邏輯的完整性等等。但還是存在一些問(wèn)題，主要是：1)雪崩效應(yīng)。雪崩效應(yīng)是由plc掃描特性帶來(lái)的。plc總是從上至下，從左至右依次掃描。在某些特定條件下，系統(tǒng)狀態(tài)會(huì)連續(xù)演變，造成不可預(yù)知的狀態(tài)。2)沖突問(wèn)題。沖突問(wèn)題是petri網(wǎng)中結(jié)構(gòu)本身存在的問(wèn)題，當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上變遷競(jìng)爭(zhēng)同一庫(kù)所資源時(shí)，沖突有可能發(fā)生。把petri網(wǎng)轉(zhuǎn)化為梯形圖，也要考慮解決沖突問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為車間制造系統(tǒng)提供一種基于petri網(wǎng)狀態(tài)方程的petri網(wǎng)模型轉(zhuǎn)化為plc梯形圖的方法，使petri網(wǎng)對(duì)離散事件系統(tǒng)高效的建模能力應(yīng)用于生產(chǎn)系統(tǒng)plc實(shí)際應(yīng)用中。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種車間制造系統(tǒng)petri網(wǎng)模型的plc硬件實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟：

步驟1、利用petri網(wǎng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)上離散時(shí)間系統(tǒng)建模過(guò)程如下：歸類生產(chǎn)系統(tǒng)主要有工作部件和共享資源，工作部件按照一定的規(guī)則并發(fā)執(zhí)行和共享系統(tǒng)的資源。使用petri網(wǎng)的庫(kù)所中的托肯數(shù)表示資源數(shù)，使用petri網(wǎng)的變遷表示工作部件，使用petri網(wǎng)中庫(kù)所與變遷間的關(guān)系弧表示生產(chǎn)系統(tǒng)中的規(guī)則。這樣即可將現(xiàn)實(shí)的企業(yè)車間生產(chǎn)系統(tǒng)模型化，使用petri網(wǎng)模型表示，并且通過(guò)分析、處理petri網(wǎng)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的研究和控制。

步驟2、初始化模塊，其求解過(guò)程如下：

對(duì)于petri網(wǎng)模型全部庫(kù)所集合p＝{p1,p2,p3...pn}(n為系統(tǒng)中庫(kù)所總數(shù))，找出所有且pi的托肯數(shù)最多為1的庫(kù)所，記為集合pa。找出所有且pj的托肯數(shù)有可能大于1的庫(kù)所，記為集合pb。

對(duì)于為pi設(shè)置一個(gè)布爾代數(shù)，即

其中m為集合pa中元素的數(shù)量。

對(duì)于使用plc中間繼電器來(lái)存儲(chǔ)pj信息，用來(lái)表示庫(kù)所中托肯的數(shù)量。

在系統(tǒng)初始狀態(tài)m0狀態(tài)下，把擁有托肯的庫(kù)所及其數(shù)量信息傳遞到梯形圖中。若則用一個(gè)plc線圈s來(lái)表示p。若則把托肯數(shù)量信息傳遞到對(duì)應(yīng)的寄存器中。

步驟3、偵測(cè)模塊采用先偵測(cè)所有變遷的使能情況，再統(tǒng)一發(fā)射變遷，從結(jié)構(gòu)上避免了雪崩效應(yīng)。雪崩效應(yīng)為plc掃描過(guò)程中，布爾表達(dá)式序貫賦值引起的結(jié)果。雪崩效應(yīng)類似于流水線指令的raw(寫后讀)數(shù)據(jù)相關(guān)，即后一指令所需的數(shù)據(jù)被前一指令所更改，這并不是我們預(yù)期的結(jié)果，會(huì)導(dǎo)致petri網(wǎng)狀態(tài)的雪崩，引起無(wú)法預(yù)知的后果。使用先偵測(cè)所有變遷的使能情況，再對(duì)使能變遷統(tǒng)一發(fā)射，從結(jié)構(gòu)上避免了判斷變遷使能狀況同時(shí)發(fā)射容易引起的雪崩效應(yīng)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

步驟4、偵測(cè)模塊在偵測(cè)時(shí)同時(shí)設(shè)置涉及沖突問(wèn)題庫(kù)所的優(yōu)先級(jí)，解決沖突問(wèn)題。其求解過(guò)程如下：

通過(guò)檢查petri網(wǎng)模型的關(guān)聯(lián)矩陣[n](p,t)，確定系統(tǒng)中是否存在沖突問(wèn)題。

若系統(tǒng)存在沖突問(wèn)題，則通過(guò)設(shè)置各個(gè)變遷的優(yōu)先級(jí)，解決petri網(wǎng)模型中存在的沖突問(wèn)題。具體做法為：

在plc梯形圖編程語(yǔ)言執(zhí)行過(guò)程中，總是按照從上至下、從左至右依次掃描的。在涉及沖突庫(kù)所的轉(zhuǎn)化時(shí)，把優(yōu)先級(jí)較高的變遷放在上面，優(yōu)先級(jí)較低的庫(kù)所放在下面。在優(yōu)先級(jí)較低的變遷所對(duì)應(yīng)的線圈前面另外添加一個(gè)觸點(diǎn)，用以判斷自身是否滿足發(fā)射條件。

步驟5、對(duì)于任意ti∈t,ti是使能的，當(dāng)ti所有的輸入庫(kù)所的托肯數(shù)不小于其對(duì)應(yīng)的弧的權(quán)值，即w(p,ti)<＝|p|。在梯形圖中，使用一個(gè)線圈表示ti是否是可發(fā)射的。

petri網(wǎng)模型的關(guān)聯(lián)矩陣[n](p,t)包含了輸入庫(kù)所至變遷的弧的權(quán)值信息，故可以直接從關(guān)聯(lián)[n](p,t)中獲得ti的使能情況。對(duì)于變遷ti∈t，在梯形圖中，若ti的輸入庫(kù)所pj∈pa(權(quán)利要求2中所定義)，pj是否滿足使能條件，用一系列的常開(kāi)觸點(diǎn)來(lái)表示，當(dāng)且僅當(dāng)pj中有托肯時(shí)，觸點(diǎn)接通。若ti的輸入庫(kù)所pj∈pb(權(quán)利要求2中所定義)，pj是否滿足條件，用比較指令w(pj,ti)<＝|p|來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)比較指令為真時(shí)，觸點(diǎn)閉合，當(dāng)比較指令為假時(shí)，觸點(diǎn)打開(kāi)。

當(dāng)ti所有的輸入庫(kù)所都滿足使能條件，在梯形圖中，對(duì)ti對(duì)應(yīng)的線圈執(zhí)行置位指令。否則，執(zhí)行復(fù)位指令。

最后，所有變遷組成一個(gè)1×n行的發(fā)射向量x＝(x1,x2,…,xn)，其中，n為變變遷總數(shù)，xi表示ti是否能夠發(fā)射，若ti滿足發(fā)射條件，則xi＝1，否則xi＝0。

步驟6、演變模塊接收從偵測(cè)模塊傳遞的信息，發(fā)射使能變遷，更新各個(gè)庫(kù)所中托肯數(shù)量。具體做法為：

根據(jù)petri網(wǎng)的狀態(tài)方程

m＝m0+x(α)[n]

其中，m0為初態(tài)。m為從m0引發(fā)序列a＝t0t1…ts得到的標(biāo)識(shí)。1×m行向量x(a)＝(x1,x2,…,xm)為發(fā)射記數(shù)向量，其中元素xi為tj在α中出現(xiàn)的次數(shù)，[n]為petri網(wǎng)的關(guān)聯(lián)矩陣。據(jù)此，可以得到petri網(wǎng)一次演變的狀態(tài)方程：

m＝m′+x[n]

其中，m′為m的上一狀態(tài)，x為從偵測(cè)模塊接收的發(fā)射向量。

最后，由狀態(tài)方程得到終態(tài)m，并且更新各個(gè)庫(kù)所中托肯的數(shù)量。petri網(wǎng)模型轉(zhuǎn)化為plc梯形圖完成。

本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比，其顯著的優(yōu)點(diǎn)為：1)本發(fā)明的方法適用于普通petri網(wǎng)轉(zhuǎn)化為梯形圖，在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中更加廣泛；2)本發(fā)明采用預(yù)先偵測(cè)所有變遷使能情況再統(tǒng)一發(fā)射的結(jié)構(gòu)，徹底解決了plc掃描時(shí)容易出現(xiàn)的雪崩效應(yīng)，提高了系統(tǒng)安全性；3)本發(fā)明提出了一種解決變遷沖突問(wèn)題的方法，通過(guò)編程人員設(shè)置的優(yōu)先級(jí)，控制沖突發(fā)生時(shí)變遷發(fā)生的先后順序，更好的還原設(shè)計(jì)的本來(lái)意圖；4)本發(fā)明的方法基于petri網(wǎng)狀態(tài)方程計(jì)算狀態(tài)的演變，具有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)論證過(guò)程。

附圖說(shuō)明

圖1是一個(gè)車間制造系統(tǒng)實(shí)例圖。

圖2是車間制造系統(tǒng)petri網(wǎng)模型。

圖3是初始化模塊求解流程。

圖4是初始化模塊示例圖。

圖5是雪崩效應(yīng)示例，其中圖5(a)是第一種情況示例，圖5(b)是第二種情況示例。

圖6是偵測(cè)模塊示例圖。

圖7是演變模塊示例圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合附圖，本發(fā)明的一種車間制造系統(tǒng)中petri網(wǎng)轉(zhuǎn)換到plc梯形圖的方法，包括以下步驟：

步驟1、將車間制造系統(tǒng)中petri網(wǎng)的初始狀態(tài)m0傳遞給梯形圖，即把petri網(wǎng)模型的初始托肯信息傳遞給對(duì)應(yīng)的庫(kù)所；具體為：

步驟1-1、對(duì)于petri網(wǎng)模型全部庫(kù)所集合p＝{p1,p2,p3...pn}，n為系統(tǒng)中庫(kù)所總數(shù)，找出所有且pi的托肯數(shù)最多為1的庫(kù)所，記為集合pa；找出所有且pj的托肯數(shù)有可能大于1的庫(kù)所，記為集合pb；

步驟1-2、對(duì)于為pi設(shè)置一個(gè)布爾代數(shù)，即

其中m為集合pa中元素的數(shù)量；

對(duì)于使用plc中間繼電器來(lái)存儲(chǔ)pj信息，plc中間繼電器用于表示庫(kù)所中托肯的數(shù)量；

步驟1-3、在系統(tǒng)初始狀態(tài)m0狀態(tài)下，把擁有托肯的庫(kù)所及其數(shù)量信息傳遞到梯形圖中；若則用一個(gè)plc線圈來(lái)表示p；若則把托肯數(shù)量信息傳遞到對(duì)應(yīng)的繼電器中。

步驟2、檢測(cè)每個(gè)變遷的使能信息，并利用該使能信息判斷沖突變遷的優(yōu)先級(jí)，從結(jié)構(gòu)上解決雪崩效應(yīng)；具體為：

步驟2-1、檢查petri網(wǎng)模型的關(guān)聯(lián)矩陣[n](p,t)，t為petri網(wǎng)模型中的變遷；確定系統(tǒng)中是否存在沖突問(wèn)題，若系統(tǒng)中存在沖突問(wèn)題，則轉(zhuǎn)至步驟2-2，否則轉(zhuǎn)至步驟2-3；所述沖突問(wèn)題定義為：令tc為庫(kù)所的輸出變遷集合，n為非空集合tc中元素的數(shù)量，沖突問(wèn)題k＝<pi,tc>存在，當(dāng)且僅當(dāng)tc中元素?cái)?shù)量大于1，tc中變遷使能，并且

其中，tci為集合tc中第i個(gè)變遷，w(pi,tci)為庫(kù)所pi到其對(duì)應(yīng)輸出變遷的權(quán)值；

步驟2-2、設(shè)置各個(gè)變遷的優(yōu)先級(jí)，具體為：在plc梯形圖編程語(yǔ)言執(zhí)行過(guò)程中，按照從上至下、從左至右依次掃描的；在涉及沖突庫(kù)所的轉(zhuǎn)化時(shí)，把優(yōu)先級(jí)高的變遷放在上面，優(yōu)先級(jí)低的變遷放在下面，在優(yōu)先級(jí)低的變遷所對(duì)應(yīng)的線圈前面另外添加一個(gè)觸點(diǎn)，用以判斷自身是否滿足發(fā)射條件；

步驟2-3、對(duì)于任意ti∈t,ti是使能的，當(dāng)ti所有的輸入庫(kù)所的托肯數(shù)不小于其對(duì)應(yīng)的弧的權(quán)值，即w(p,ti)<＝|p|；在梯形圖中，使用一個(gè)線圈表示ti是否是使能的，petri網(wǎng)模型的關(guān)聯(lián)矩陣[n](p,t)包含了輸入庫(kù)所至變遷的弧的權(quán)值信息，可以直接從關(guān)聯(lián)矩陣[n](p,t)中獲得ti的使能情況；對(duì)于變遷ti∈t，在梯形圖中，對(duì)于ti的輸入庫(kù)所pj∈pa，當(dāng)且僅當(dāng)pj中有托肯時(shí)，觸點(diǎn)接通，表示滿足使能條件，否則不滿足；對(duì)于ti的輸入庫(kù)所pj∈pb，用比較指令w(pj,ti)<＝|p|來(lái)判斷，當(dāng)比較指令為真時(shí)，觸點(diǎn)閉合，表示滿足使能條件，當(dāng)比較指令為假時(shí)，觸點(diǎn)打開(kāi)，不滿足使能條件；當(dāng)ti所有的輸入庫(kù)所都滿足使能條件，在梯形圖中，對(duì)ti對(duì)應(yīng)的線圈執(zhí)行置位指令；否則，執(zhí)行復(fù)位指令；

步驟2-4、將所有變遷組成一個(gè)1×n行的發(fā)射向量x＝(x1,x2,…,xn)，其中，n為變遷總數(shù)，xi表示ti是否能夠發(fā)射，若ti滿足發(fā)射條件，則xi＝1，否則xi＝0。

步驟3、將使能的變遷發(fā)射，之后更新各個(gè)庫(kù)所的托肯數(shù)量，從而完成petri網(wǎng)到plc梯形圖的轉(zhuǎn)換。將使能的變遷發(fā)射，之后更新各個(gè)庫(kù)所的托肯數(shù)量，具體為：根據(jù)petri網(wǎng)的狀態(tài)方程得到petri網(wǎng)一次演變的狀態(tài)方程，并由一次演變的狀態(tài)方程得到終態(tài)m，并且根據(jù)終態(tài)m更新各個(gè)庫(kù)所中托肯的數(shù)量；

其中petri網(wǎng)的狀態(tài)方程為：

m＝m0+x(α)[n]

式中，m0為初態(tài)，m為從m0引發(fā)序列a＝t0t1...ts得到的標(biāo)識(shí)，1×m行向量x(a)＝(x1,x2,…,xm)為發(fā)射記數(shù)向量，其中元素xi為tj在α中出現(xiàn)的次數(shù)，[n]為petri網(wǎng)的關(guān)聯(lián)矩陣；

所述petri網(wǎng)一次演變的狀態(tài)方程為：

m＝m′+x[n]

式中，m′為m的上一狀態(tài)，向量x為步驟2得到的發(fā)射向量。

本發(fā)明的方法適用于普通petri網(wǎng)轉(zhuǎn)化為梯形圖，在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中更加廣泛。

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例

一種車間制造系統(tǒng)中petri網(wǎng)轉(zhuǎn)換到plc梯形圖的方法，包括以下步驟：

第一步、圖1是一個(gè)由兩個(gè)機(jī)器人(r1,r2：每個(gè)機(jī)器人同時(shí)刻可以持有一個(gè)產(chǎn)品)和三臺(tái)機(jī)器(m1,m2,m3：每個(gè)機(jī)器同時(shí)刻可以處理兩個(gè)產(chǎn)品)，以及兩個(gè)輸入緩存(i1,i2)和兩個(gè)輸出緩存(o1,o2)，共同組成的一個(gè)自動(dòng)化產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng)。系統(tǒng)主要以兩個(gè)機(jī)器人為核心分為兩條生產(chǎn)線，它的運(yùn)行流程為

j1:i1→r1→m1→r2→m2→o1

ori1→m3→o1

j2:i2→m1→r2→m2→o2

利用petri網(wǎng)對(duì)圖1所示的車間制造系統(tǒng)進(jìn)行建模，所得的petri網(wǎng)模型如圖2所示。圖2所示的petri網(wǎng)模型是petri網(wǎng)相關(guān)研究中普遍使用的一個(gè)示例網(wǎng)，值得注意的是，為了顯示本發(fā)明支持弧權(quán)值大于1的petri網(wǎng)，令w(p10,t10)＝2。

第二步、結(jié)合圖2和圖3，本發(fā)明在對(duì)petri網(wǎng)至plc梯形圖轉(zhuǎn)化過(guò)程中初始化模塊求解步驟。

對(duì)于圖2中的車間工業(yè)制造系統(tǒng)petri網(wǎng)模型，它的全部的庫(kù)所集合p＝{p1,p2,p3,p4,p5,p6,p7,p8,p9,p10,p11,p12,p13,p14,p15}，找出所有且pi的托肯數(shù)最多為1的庫(kù)所。由于本系統(tǒng)petri網(wǎng)模型不含安全庫(kù)所，則找出所有且pj的托肯數(shù)有可能大于1的庫(kù)所，記為集合pb，則pb＝{p1,p2,p3,p4,p5,p6,p7,p8,p9,p10,p11,p12,p13,p14,p15}。

對(duì)于為pi設(shè)置一個(gè)布爾代數(shù)。由于集合故不考慮集合pa。

對(duì)于為pj設(shè)置一個(gè)plc中間繼電器，用來(lái)表示庫(kù)所中托肯的數(shù)量。

在系統(tǒng)初始狀態(tài)m0狀態(tài)下，把擁有托肯的庫(kù)所及其數(shù)量信息傳遞到梯形圖中。若且p中含有托肯，則對(duì)庫(kù)所p對(duì)應(yīng)的線圈執(zhí)行置位指令，若無(wú)托肯，則執(zhí)行復(fù)位指令。若則把托肯數(shù)量信息傳遞到對(duì)應(yīng)的中間繼電器中。轉(zhuǎn)化后的初始化模塊如圖4所示。

第三步，結(jié)合圖5，本發(fā)明解決雪崩效應(yīng)的思路如下：

雪崩效應(yīng)為plc掃描過(guò)程中，布爾表達(dá)式序貫賦值引起的結(jié)果。雪崩效應(yīng)類似于流水線指令的raw數(shù)據(jù)相關(guān)，即后一指令所需的數(shù)據(jù)被前一指令所更改，這并不是我們預(yù)期的結(jié)果，會(huì)導(dǎo)致petri網(wǎng)狀態(tài)的雪崩，引起無(wú)法預(yù)知的后果。如圖5(a)所示，當(dāng)庫(kù)所p1出現(xiàn)托肯時(shí)，變遷t1使能。在一次演變周期內(nèi)，庫(kù)所p1中的托肯會(huì)轉(zhuǎn)移到庫(kù)所p2中，并且會(huì)使t2使能，在下一次的掃描周期內(nèi)，再將t2發(fā)射。然而，根據(jù)plc梯形圖程序的掃描規(guī)則，在同一個(gè)演變周期內(nèi)，變遷t1和t2會(huì)相繼發(fā)射，如圖5(b)所示。這就是petri網(wǎng)轉(zhuǎn)化至plc梯形圖過(guò)程中存在的雪崩效應(yīng)。

為了解決雪崩效應(yīng)，本發(fā)明采用先偵測(cè)所有變遷的使能情況，這樣就避免了對(duì)庫(kù)所中托肯數(shù)量的連續(xù)賦值。再統(tǒng)一對(duì)使能的變遷發(fā)射，這樣就不會(huì)發(fā)生上述的雪崩問(wèn)題。

第四步，結(jié)合圖6分析解決沖突問(wèn)題及偵測(cè)模塊，具體步驟如下：

通過(guò)檢查petri網(wǎng)模型的關(guān)聯(lián)矩陣[n](p,t)，確定系統(tǒng)中是否存在沖突問(wèn)題。如圖1所示的petri網(wǎng)關(guān)聯(lián)矩陣為

其中[n](p,t)i,j為庫(kù)所pi到其輸出變遷ti的權(quán)值。由關(guān)聯(lián)矩陣可以看出，變遷t1和t2共同競(jìng)爭(zhēng)庫(kù)所p2中資源，所以這兩個(gè)變遷之間存在沖突問(wèn)題?？梢酝ㄟ^(guò)設(shè)置沖突變遷的優(yōu)先級(jí)，使沖突結(jié)構(gòu)按照預(yù)設(shè)順序推演。在本petri網(wǎng)模型中，令變遷t1優(yōu)先級(jí)大于t2，。判斷優(yōu)先級(jí)較低的變遷是否使能時(shí)，需額外考慮與其沖突變遷的使能情況。因此，在plc梯形圖中需額外設(shè)置一個(gè)線圈c1來(lái)判斷變遷t2是否使能，c1具體邏輯為：

其中，和t1分別表示變遷t1不使能和使能兩種情況。同樣的沖突問(wèn)題還存在于變遷t2和t8、t4和t9、t5和t10，令變遷t2優(yōu)先級(jí)大于t8、t4優(yōu)先級(jí)大于t9、t5優(yōu)先級(jí)大于t10，使用同樣的設(shè)置優(yōu)先級(jí)方法，逐一解決沖突問(wèn)題。

petri網(wǎng)模型的關(guān)聯(lián)矩陣[n](p,t)包含了輸入庫(kù)所至變遷的弧的權(quán)值信息，故可以直接從關(guān)聯(lián)[n](p,t)中獲得ti的使能情況。所有變遷組成一個(gè)1×n行的發(fā)射向量x＝(1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1)。

最終偵測(cè)模塊梯形圖如圖6所示。

第五步，根據(jù)petri網(wǎng)一次演變的狀態(tài)方程：

m＝m′+x[n]

可以得到petri網(wǎng)一次演變的規(guī)則。根據(jù)從偵測(cè)模塊接收到的發(fā)射向量，發(fā)射各個(gè)使能變遷，并且更新相關(guān)庫(kù)所中托肯中數(shù)量。轉(zhuǎn)化后的plc梯形圖演變模塊如圖7所示。

由上可知，本發(fā)明采用預(yù)先偵測(cè)所有變遷使能情況再統(tǒng)一發(fā)射的結(jié)構(gòu)，徹底解決了plc掃描時(shí)容易出現(xiàn)的雪崩效應(yīng)，提高了系統(tǒng)安全性。