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Petri网在PLC控制系统程序设计中的应用_图文

^工●动化

目卸■■与控曩
Automatic Measurement and Control

0.I.Automarion
2008.V01.27,No.10

2008年第27卷第10期
文章编号:1006—1576(2008)10-0070-03

Petri网在PLC控制系统程序设计中的应用
刘斌友1,李赞2 (1.第二炮兵工程学院303教研室,陕西西安710025; 2.96656部队,北京102208) ’摘要:PLC按Petri网运行,实时接受传感器信号作为主令信号,并按Petri网确定的关系,决定执行元件是否 执行,从而达到Petri网作为控制器的目的.从实例出发介绍基于Petri网控制器的PLC程序的设计方法,包括Petri 网控制器模型设计。以及PN模型转换为PLC梯形图,PLC梯形图程序的设计效率得到提高. 关键词:PLC控制系统;Petri网;梯形图程序设计 中图分类号:TP311.1 文献标识码:A

Application of Petri Net in Program Design of PLC Control System
LIU Bin.youl.LI Yun2

(I.No.303

Staff

Room,Second Artillery Engineering College,Xi’an 710025。China;
2.No.96656 Unit of

PLA。Bering 102208,China)
sensor to

Abstract:PLC works according determines whether executive
net a8

tO

Petri net,receives

signals in real

time

as

the leading order

signals,and
the

components working according
the controller.Based
net on

the relation ensuring by Petri net,thereby realizes

target which taking Petri
on

examples,introduce

the way of PLC program design which based
to

Petri

net

controller,including design of Petri

controller

model and conversion from PN model

PLC ladder

diagram

program.Therefore,improve the design efficiency of PLC ladder diagram program.
Keywords:PLC control system;Petri net;Ladder

diagram program

design



引言
常用的PLC程序设计方法有梯形图(LAD)、

图中位置和转移存在着确定的关系。如图1,位置 和转移以圆圈和短直线表示。每个圆圈代表一种资 源,其中黑点个数表示资源的数量,这种黑点称为 “托肯”(token)。托肯表示系统的状态,托肯在图 中的运行,表征出被建模系统的动态特性。图中的 箭头表示有向弧,代表资源流动的方向。从Tm到 Pm的有向弧对应的关系为O,从Pm到Tm的有向弧 对应的关系为I,PN定义为:PN=(P,T,I,O)。

功能块图(FBD)和语句表(STL)。梯形图的使用 直观方便,可建立与电路图相似的梯形逻辑图,是 使用最多的PLC编程语言。但LAD不能直观反映 自动控制系统中的协调控制、竞争控制和并行控制, 因此可读性差,难于升级和维护。故借助功能强大 的离散系统建模工具Petri net(PN),实现对典型控

制系统的准确描述,方便设计出PLC的LAD程序。


Petri网的基本概念
Petri网理论是由德国科学家C.A.Petri博士
图1 Petri网图

于1962年提出的解决并发、离散系统建模的方法。 PN模型不仅可刻画系统的结构,而且通过标识的 流动可描述系统的动态行为。一个动态系统的PN 模型主要包含2部分: (1)网结构,即一个赋权值,由2部分组成的 有向图,表示系统的静态部分; (2)标记(Marking),表示系统总的分布状态。 对一个PLC控制系统建模,需要考虑系统的状 态和状态转移。Petri网正是由一组位置(Pl,P2,P3… Pm)和一组转移(Tl’T2,T3…Tm)组成的一种图,

2用Petri网控制器设计PLC程序
在PLC实际控制系统中,主要存在3种类型的 功能元件:执行元件、主令元件及控制器。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。

收稿日期:2008-04-26:修回日期:2008-07一Ol 作者简介:刘斌友(1983一),男,河北人.第二炮兵工程学院在读硕士,从事精密仪器及机械研究.
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挥灯的控制按一定时序要求进行:

(1)系统工作后,首先南北红灯亮并维持25s:
在此同时,东西绿灯亮,并维持20s时间,到20s
图2
2.1

Pctri网、传感器和执行元件

时,东西绿灯闪亮,闪亮3s后熄灭; (2)在东西绿灯熄灭的同时,东西黄灯亮并维 持2s。2s后,东西黄灯熄灭,东西红灯亮,同时南 北红灯熄灭,南北绿灯亮; (3)东西红灯亮,并维持30s:同时南北绿灯亮, 并维持25s;然后,南北绿灯闪亮,3s后熄灭; (3)南北绿灯熄灭时,南北黄灯亮维持2s后熄 灭:同时南北红灯亮,东西绿灯亮。至此,结束一 个工作循环: (4)南北方向和东西方向绿灯不能同时亮,若 同时亮,应自动关闭信号灯系统,并发出报警信号。 系统可用PN描述,如图3,图中位置O为初 始位置,用方框表示。P3表示东西南北方向的4个 绿灯同时亮,Pif表示某方向某颜色的信号灯亮,其 中i代表东西南北4个方向(北、南、西、东依次 表示为l、2、3、4),j代表红黄绿3种颜色(红、

Petri网控制器模型设计 Petri网控制器是在逻辑层次上对离散事件进

行建模和分析的主要方法。Petri网控制器设计主要 完成:①对控制系统中的工作情况、联系和逻辑 关系等进行研究,确定出能实现控制要求的位置和 转移及它们的因果关系,将开关、传感器、机器和

接触器等看成位置,找全转移实施的条件,将位置
和转移按因果关系用弧相连接,形成Petri网控制

器;②设计出各个独立运行的Petri网控制器,如
传送带、自动导引小车等有自己工作程序的要素,

可建立子网;③协调动作的实现主要是根据情况
对要协作的单元的主令信号进行约束:④竞争控 制主要是将独立运行的单元按照运行顺序设计 Petri网,针对独立运行单元中共用的资源设计资源 位置元素,表示资源占用情况,以解决竞争问题。
2.2 PN模型转换为PLC梯形图

黄、绿依次为1、2、3)。Ti表示各信号灯亮时的持
续时间,而Tl f表示系统启动,T1 l表示系统停止。
Tt

PN的一个标识集合对应着系统的一个状态, 如果PN的标识不发生变化,系统的状态将保持不 变。因此,PN标识的变化进程反映了控制系统的 控制过程,要实现这种控制,必须将Petri网转换为 PLC的可执行程序。其转换的一般规则为: (1)对Petri网控制器的执行元件、输入元件和 辅助继电器赋予实际PLC的I/o地址; (2)设计逻辑方程。以每个执行元件、辅助继 电器为主干,找到进入和退出的条件。按继电器的 逻辑方程写出其逻辑方程; (3)将逻辑与“?”转换成为PLC梯形图中 的串联逻辑,逻辑或“+”转换成为PLC梯形图中 的并联逻辑; (4)控制器方程左边的点作为输出点,控制器 方程右边的点作为输入点。 (5)条件I用相应的PLC的I/O点表示,当I

图3交通指挥信号灯的PN描述

选用三菱FX系列PLC作为控制器,此PLC控 制系统的I/O地址定义如表1。由此可列出各状态、 转移和输出的逻辑表达式为:
T2=TIM(定时:25s)T3=TIM(定时:20s) T4=TIM(定时:3s)T5--TIM(定时:2s) T6=TIM(定时:30s, O=Ps‘TIJ,

表示多个I/o点为ON(OFF)时,则将多个常开(常
闭)I/O点串联起来。


南北信号灯亮灭情况相同:
PII?O?Tl'['--P12?T5
Pt3?--Pt3?T2 p13-Pn。T2

实例PN建模及PLC梯形图设计
以交通信号灯控制为例,每个方向都有红、黄、

P12----"Pls”T4

东西信号灯亮灭情况相同:
Pss2 0?Ttl'=P31?T6
Ps2=P3s,?T4

绿指挥灯,信号灯受启动开关控制,按下启动按钮, 信号灯系统开始工作,直至按下停止按钮开关。指

P33?=Pss‘T3 P31=P32’T5
?11‘

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开启按钮 停止按钮 南北绿灯 南北黄灯
南北红灯

i/o地址分配表
TI t TI l X400 X40l Y030 Y03l

术,2003,22(12):62-65. 【3】高峰,王明哲.PLC控制系统的Petri网模型研究【J】.工 业仪表与自动化装置,2004,(6):58—60. 【4】4琚长江,杨根科.Petri网在模块化制造系统PLC程序设 计中的应用【J】.低压电器,2006,(4):20—22. 【5】高钦和.可鳊程控制器应用技术与设计实例【M1.北京: 人民邮电出版社.2004.202—204. 启动/停止控制
南北红灯工作延时 东西红灯工作延时 东西绿灯工作延时

PI 31P23 P12,P22 P1l/P21

Y032
Y033 Y034 Y035 Y036

警灯(故障提示) 东西绿灯 东西黄灯 东西红灯

P3
P33/P43 P32/P42

P3l,P‘l

根据交通信号灯的控制要求及PLC控制系统
的I/O地址的定义,由逻辑方程可画出PLC的梯级 图程序,如图4。

4结束语
该方法具有结构化特点,设计的PN控制器可 读性强,易于修改,能提高复杂程序的设计效率。 随着Petri网理论的完善,利用Petri网实现PLC程 序设计,成为PLC用于复杂控制系统新的思路。

东西绿灯闪烁延时 东西黄灯工作延时 南北红灯工作 东西红灯工作 东西绿灯工作 东西绿灯闪烁 东西黄灯工作

参考文献:
【1】陈在平,赵相宾.可编程序控制器技术与应用系统研究 【M】.北京:机械工业出版社,2005.586—605.

事故报警

【2】韩赞东.一种新的PLc梯形图程序设计方法【】】.测控技
(上接第66页)

图4梯形图

●幸●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●=11●●●●●●●●幸●宰宰●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●搴●●●●●●●掌●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●

处显示单载波。采用上述优化的下变频结构,进行 2048点FFT运算得频谱图如图6。从图中可知:优 化后的算法可无失真地将频谱搬移至较低的频带。
10 O
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.50 -60 .70 -80









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图6 4

matlab仿真频谱图

结束语
经Matlab仿真,验证了该设计的正确性。该设

图5

优化后的数字下变频结构

计中各种优化算法可以在多种通信电子设备的设计 在优化后的数字下变频结构中,数字滤波器容 易实现,乘法器占用资源较少,总体结构易于实现。 根据使用要求,还可对变频结果处理,继续变频, 并降低数据速率,得到的基带数据通过采集送到终 端,使用虚拟仪器的方法得到频谱信息并进行显示。


中采用,具有很好的推广应用价值。 参考文献:
【1】杨小牛.楼才义.徐建良.软件无线电原理与应用【M】.
北京:电子工业出版社.2005.117-125. 【2】刘凌,胡永生.数字信号处理的FPGA实现【M】.北京:

matlab仿真验证
设信号源为159MHz正弦波及白噪声,采样频

清华大学出版社,2004.86—90.
【3】胡广书.数字信号处理一理论、算法与实现【M】.北京: 清华大学出版社,2005.160-162.

率200MHz,采样后信号频谱落在C2频段 (41MHz),即m=2,应混频50MHz,结果在9MHz
?72。

【4】张傻,胡修林,杨灵.基于新型FPGA实现高速数字下
变频【J】.电子技术与应用,2005,(10):82—85.

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Petri网在PLC控制系统程序设计中的应用
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数: 刘斌友, 李赟, LIU Bin-you, LI Yun 刘斌友,LIU Bin-you(第二炮兵工程学院303教研室,陕西,西安,710025), 李赟,LI Yun(96656部队,北京,102208) 兵工自动化 ORDNANCE INDUSTRY AUTOMATION 2008,27(10) 1次

参考文献(5条) 1.高钦和 可编程控制器应用技术与设计实例 2004 2.琚长江;杨根科 Petri网在模块化制造系统PLC程序设计中的应用[期刊论文]-低压电器 2006(04) 3.高峰;王明哲 PLC控制系统的Petri网模型研究[期刊论文]-工业仪表与自动化装置 2004(06) 4.韩赞东 一种新的PLC梯形图程序设计方法[期刊论文]-测控技术 2003(12) 5.陈在平;赵相宾 可编程序控制器技术与应用系统研究 2005

引证文献(1条) 1.毕翔.韩江洪.王跃飞.魏振春 面向PLC的离散事件控制系统设计方法研究[期刊论文]-合肥工业大学学报(自然科 学版) 2010(9)

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