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PLC程序的Petri网建模与分析方法研究

作 者: 陈雪琨
导 师: 罗继亮
学 校: 华侨大学
专 业: 电气工程
关键词: 可编程逻辑控制器 梯形图 Petri网 状态空间 竞争状态检测
分类号: TP273
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
下 载: 1次
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内容摘要


可编程控制器(PLC)是现代离散加工企业实现自动化的重要控制装置,它被广泛的运用于安全苛求系统,如铁路交通、核能化工和军工产业等。因此,其安全可靠性有比较严格的要求。对PLC而言,硬件的可靠性基本得到保证,程序的正确性却难以保证。传统的PLC程序开发工作是由设计人员根据被控系统的性质和要求进行的,工作量繁重且可靠性难以保证。而且,随着系统中传感器和执行机构的增加,状态量随之扩大,仅靠调试和逐条检测来查找程序中存在的逻辑错误的难度也越来越大,以至难以实现。这将导致制造成本上涨、开发周期延长,甚至威胁人身安全。形式化方法从设计和验证两个方向实现了系统结构的维护和校正。形式化设计用形式化的语言对系统建模,在分析模型性质后,以满足控制规范为前提完善模型。形式化设计大大减少了常规开发中反复调试所带来的工作量;形式化验证不仅突破了传统测试所能涵盖的系统行为的局限性,还提高了检测效率。因此,形式化方法逐渐成为完善传统测试方法中必不可少的途径。作为一个备受关注的形式化语言,Petri网有直观的表示方式和严谨的数学描述的特点,它可以很好的运用于PLC程序的建模、仿真和分析。本文提出了PLC梯形图程序的Petri网建模方法和基于网模型的竞争状态检测方法:(1)结合国际标准IEC61131-3,根据PLC梯形图程序的语义,将其抽象为一类数据结构,通过该数据结构转换普通Petri网;(2)根据PLC工作机理,通过Petri网可达图的计算获得PLC系统的状态空间;(3)分析PLC系统的状态空间,检测和定位梯形图程序中导致竞争状态发生的指令。本文提出了系统、完整的从梯形图程序到普通Petri网的转换算法,以及基于网模型的可达图建立PLC系统状态空间和检测程序是否存在竞争的方法。利用Petri网的理论,我们可以模拟梯形图程序的运行,分析程序的性质和动态行为;竞争的检测能够有效的避免竞争状态所带来的损失,对PLC程序的形式化验证有较大的应用价值。

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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