Petri网理论在PLC程序设计中的应用研究

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1、Petri网理论在PLC程序设计中的应用研究[摘要]：Petri网是一种解决并发、离散系统的数学建模方法，Petri网可以对PLC程序中具有竞争、协调的并发系统进行描述、分析、建模，并利用Petri网直接设计PLC程序。[关键词]:Petri网、PLC、竞争、控制lPetri网理论Petri网理论是由德国科学家Carl．Adam．Petri博士于1962年提出的一种解决并发、离散系统的建模方法，后来称之为Petri网模型[1]。目前已广泛应用于机械、通信、计算机、模糊控制等各种领域。Petri网作为一种图形化和数学化的建模工具，能够提供一个集

2、成的建模、分析和控制环境，为系统的设计提供便利。Petri网是一种特殊的含有位置和转换的有向图，它包括两类节点：位置(Place)，用一个圆圈表示；转移(Transition)，用一短直线表示。Petri网可表示为：t1P1P2P3P4t3P5t2PN={P，T，F，K，W，M0}其中：P={P1，P2，…，Pm}是有限的位置集合；T={t1，t2，…，tn}是有限的转移集合；F=(P×T)È(T×P)，是弧的集合；K：P→N+È{ω}，是位置容量函数；K(P)=ω表示P的容量为无穷，N+={l，2，…}W：F→N+，弧上权，Mo：P→N，初

3、始标志，要求：PÇT=ф，PÈT≠ф，(P，T，F)称为PN的基网，记为N。[2]图1Petri网模型Petri网模型见图1。2Petri网控制器的设计利用PLC实时模拟Petri网运行，即可实现Petri网控制。其设计步骤如下：(1)、首先将各个独立运行的子系统(例如机床、机器人、自动导向车、传送带等)按照规定的工作顺序，采用状态图或功能图设计出基本Petri网。(2)、根据设计要求，对并行单元进行协调设计。(3)、根据设计要求，对含有竞争的Petri网进行竞争设计。PLC实际控制系统中，主要存在三种类型的功能元件：执行元件、主令元件、控制

4、器。Petri网用于构成主令元件与执行元件之间的逻辑关系，执行元件和外来动作控制必然使主令元件发出信号，表示执行元件的任务已经完成。PLC根据Petri网运行，实时接受传感器信号作为主令信号并按照Petri网确定的关系，决定执行元件是否动作，从而达到Petri网作为控制器的目的。2.1竞争控制的Petri网设计竞争控制是指两个以上的动作共同使用一种资源，而这种资源一次仅能为一个动作服务，当两个以上的动作同时要求服务就产生了竞争。竞争控制方法主要是先将独立运行的单元按照运行的顺序，设计出Petri网，然后针对各个独立运行单元中共用的资源设计一个

5、资源位置元素，表示该资源是否已被占用，以此解决竞争问题。4竞争程序的设计主要有两种类型，一种是并发型，即谁先到就选择谁；另一种是循环型。Petri网在设计时，将其竞争标志位置用辅助继电器代表，对于并发类型仅需要一个辅助继电器表示，其进入条件是各个竞争顺序进程的退出条件进行逻辑加(相或)，退出条件是各个进程的进入条件进行逻辑乘(相与)；对于循环类型是按照一定的顺序处理竞争。对于竞争系统，有几个竞争过程就需要几个竞争标志，每个标志用一个辅助继电器表示，进入条件为上一个进程的退出条件，退出条件为下一个进程的进入条件。2.2竞争控制的Petri网实例

6、设计下面以柔性制造单元(FMS)的系统控制为例，介绍竞争控制的Petri网设计。[3]某一柔性制造单元，同时加工两种零件。单元中有三台机器(M2、M3、M4)，一个机械手(M1)，输入零件仓库(I1,I2)，输出零件仓库(O1、O2)。每个机器均有输入、输出缓冲区(Si，Si')，其加工顺序如下：零件1按照M1、M2、M1、M3、M1、的过程加工；零件2按照M1、M2、M1、M4、M1的过程加工。（1）Petri网设计该柔性制造单元有两个加工顺序：加工零件1和加工零件2。其物流过程如下：零件1：I1、S2、M2、S'2、M1`、S3、M3、S

7、'3、M1，O1零件2：I2、S2、M2、S'2、M1、S4、M4、S'4、M1、O1以上述顺序中的符号作为Petri网的位置元素绘制Petri网，由于S2、M2、S'2、M1存在竞争关系，因此分别在其脚注上加注1、2，表示是零件1、零件2占用。在Petri网中每两个位置元素之间存在一个转移，并对共用位置元件设置标志位置：P1是机械手标志、P2是S2标志、P3是M2标志、P4是S'2标志。其Petri网控制器如图2。NNI2M12S22M12M22S22M12S'22M22S22M12M'12S'22M22S22M12S42M'12S'22M

8、22S22M12M42S42M'12S'22M22S22M12S'42M42S42M'12S'22M22S22M12M''12S'42M42S42M'12S'22M