Petri网在液压驱动机械手控制系统PLC程序设计中的应用

机械手plc控制系统发展前景_PLC在机械手控制系统中的分析和应用摘要：机械手是一种模仿人的手部动作的一种自动化装置，它通过预先设定的程序、轨迹等对人类无法直接手动操控（如重量过大、工作环境恶劣等）的操作对象进行操控。

本文介绍了一种基于PLC的搬运机械手控制系统，并阐述了其机械构造和控制系统的组成。

关键词：PLC机械手自动控制1、系统构成机械手主要由执行机构、驱动机构以及控制系统组成。

执行机构由机械手的手部以及手臂组成，目前大多机械手的运动都是靠各关节之间的运动来完成的，而大多机械手的关节采用的都是转动机构或移动机构。

通过在机械手的手臂的内孔里安装相应的转动轴，使其手臂在关节处通过驱动机构进行旋转，并把转动结果传递给手腕，即可实现机械手臂的转动和手腕的伸屈动作；通过移动机构来实现机械手臂的升降动作。

通常情况下，机械手的手臂都拥有三个自由度，这样才能使得手臂完成完整的定位工作。

驱动方式主要有电机驱动、液压驱动以及气动驱动三种方式，具体可分为直线/摆动油缸驱动、电液脉冲电机驱动、交/直流伺服电机等等。

本文所讨论的机械手所采用的驱动方式是气动驱动，通过气源、气动三联件、电磁阀、节流阀以及各种气缸等气动组件对机械手的运动进行驱动。

机械手的控制系统有基于各种单片机、基于PLC的控制系统等等。

PLC控制系统的硬件主要有CPU、信号处理模块、功能模块、接口模块、电源模块、通信模块、编程模块等组成。

PLC控制具有实时性、高可靠性、系统配置简单灵活、I/O卡件丰富、性价比高等特点，为机械手的高可靠性实时控制提供了条件基础。

2、机械手的机械系统机械手由夹钳、升降气缸、安装工作位、加工站取料位、支架、左右气缸、分类站分类位组成。

其主要工作是把加工站中已经加工好的工件1移动至安装工作位中，完成后发出安装请求，等待安装站把工件2安装到工件1中后再把组装好的产品移动至分类站分类位中。

机械手所需要实现的动作主要有以下几个：（1）抓取工件的工作主要由夹钳完成。

液压机械手PLC控制系统的设计概述本文档旨在介绍液压机械手PLC（可编程逻辑控制）控制系统的设计。

液压机械手是一种常见的工业设备，通过液压系统实现运动控制，而PLC作为控制系统的核心，负责控制信号的处理和输出。

设计要求液压机械手PLC控制系统的设计要满足以下要求：1. 稳定性：系统必须具有高稳定性，以确保机械手的运动精准度和安全性。

2. 功能性：系统需要具备多种功能，如位置控制、速度调节等，以满足不同场景的需求。

3. 可扩展性：系统应具备良好的可扩展性，以便于将来的升级和功能增加。

4. 易维护性：设计应考虑到系统的维护和故障排除，以便于后续维护工作的进行。

硬件设计液压机械手PLC控制系统的硬件设计包括以下方面：1. 选型：选择适合的PLC设备，根据需求选用不同型号和规格的PLC，确保其性能和稳定性。

2. 传感器：选择合适的传感器，如位移传感器、压力传感器等，用于采集机械手运动状态和环境信息。

3. 执行器：选择合适的液压阀、液压泵等执行器，保证系统能够精确控制机械手的各项动作。

4. 电气线路：设计合理的电气线路，确保信号传输的可靠性和稳定性。

软件设计液压机械手PLC控制系统的软件设计包括以下方面：1. PLC程序设计：使用PLC编程软件，根据机械手的运动逻辑和控制要求，编写PLC程序，实现各项功能。

2. 信号处理：对传感器采集的信号进行处理和分析，以获取机械手的状态信息。

3. 控制算法：设计合理的控制算法，根据机械手的控制需求，实现位置控制、速度调节等功能。

4. 用户界面：设计友好的用户界面，方便操作人员对机械手进行参数设置和监控。

系统测试与调试设计完成后，需要进行系统测试与调试，以验证系统的功能和性能：1. 单元测试：对各个模块进行单元测试，确保其功能正常。

2. 组装测试：将各个模块组装成完整的系统，对整个系统进行综合测试。

3. 调试优化：根据测试结果进行系统调试和优化，确保系统的稳定性和性能满足设计要求。

基于PLC的下料液压机械手控制系统设计目录一、绪论 (1)二、PLC的结构与机械手的组成 (1)1.PLC的结构 (1)1）PLC的基本结构 (1)2）中央处理器CPU (2)3）存储区 (2)2.机械手的组成 (3)3.机械手控制示意图 (4)三、基于PLC控制系统硬件设计 (6)1.PLC的选型 (6)2.限位开关选型 (7)3.光电开关选型 (8)4.PLC控制系统硬件接线图 (8)四、机械手控制系统软件设计 (10)1.PLC编程软件简介 (10)2.控制系统工艺流程 (10)3.控制系统程序设计 (11)1）符号表的建立 (12)2）主程序设计 (12)结论 (14)参考文献 (14)一、绪论现在工业水平的不断提高，科学技术逐渐成为第一生产力也给人们的生活带来了本质性的变化，大大提升了工作环境和幸福指数。

现在的自动化技术被广泛的应用于工业生产，也普遍使用于自动化制造行业之中。

因为现代自动化技术与传统机械相结合，制造业生产效率得以提升。

机械臂是在此发展时期出现的一项新技术。

消耗优于传统机械设备。

它可以在制造业和现代工业生产中发挥重要作用。

现代自动化技术的出现时为了提高生产效率降低劳动成本，使工作更简单化、安全化。

随着机械臂技术的不断发展，大量机械臂已开始用于工业领域的焊接，注塑，夹持，组装和其他工业生产。

通过相关文献查阅研究发现，传统的CNC机床的典型装卸物料工件仍然经常使用传统的人工搬运。

复杂电线和电气控制零件，使得数控机床主体对减少干扰很敏感，并且存在诸如信誉差，多次故障和难以维护的问题。

为了解决上述问题，本课题发了一套由可编程控制器控制的下料机械手。

该系统操作简单，适用于电路设计，抗干扰能力强，保证了系统运行的可靠性，降低了维护率，提高了工作效率。

二、PLC的结构与机械手的组成1.PLC的结构1）PLC的基本结构可编程控制器（俗称PLC）：这是一种专门应用于各种数字化操作的电子控制系统,专门为各种工业自然环境中的应用而设计。

基于petri网的plc程序设计PLC（可编程逻辑控制器）是工业自动化控制的基础。

随着工业自动化的发展，PLC的应用越来越广泛，PLC程序设计也变得越来越重要。

本文将介绍基于Petri网的PLC程序设计方法，以便更好地控制工业自动化过程。

首先，介绍Petri网技术及其原理。

所谓Petri网，是一种图形化模型，它具有图形易懂、可视化、易于理解和实现的特点。

Petri 网是一种表达复杂事件，描述系统运行特性和状态切换的模型，可用于实现可行性分析、状态变迁分析、算法实现等自动化控制问题解决方案。

其次，介绍相关软件开发工具和技术。

如果要使用Petri网开发PLC程序，首先要按照Petri网表示的状态变迁结构，选择合适的软件工具，以便对系统进行设计、开发和调试。

对这种模型的支持有一些工具和软件，比如，Stateflow，Easystate，Ascendant，PetriNet++和Real-Time Workshop。

再次，介绍Petri网到PLC程序的转换技术。

一般情况下，Petri 网状态变迁图能够描述和描绘系统运行情况，但是，它不能直接用于具体实施，因此需要将Petri网图转换为PLC程序才能实现系统控制。

要实现这个转换，需要充分考虑状态变迁的功能，将Petri网的中间表示转换为PLC程序，关键在于理解变迁状态的含义，DemoMatic等转换工具可以帮助实现这种转换。

最后，可以通过模拟软件进行仿真，验证转换结果正确性。

使用模拟软件，可以根据实际需求，仿真不同的系统配置，验证不同情况下程序运行是否正确，同时可以模拟不同的异常情况，发现程序可能出现的问题，以便进行debug和调试。

综上所述，基于Petri网的PLC程序设计可以应用于工业自动化的控制，通过Petri网可以更好地描述复杂的业务逻辑，转换将Petri 网图转换为PLC程序，最后，使用模拟软件进行仿真，验证程序的正确性。

总之，基于Petri网的PLC程序设计可以提高系统控制的灵活性和精准性，可以有效控制工业自动化过程。

摘要本文介绍的物料搬运机械手可在空间抓放物体，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，主要作用是完成机械部件的搬运工作，能放置在各种不同的生产线或物流流水线中，使零件搬运、货物运输更快捷、便利。

本文利用 MCGS 全中文通用工控组态软件和基于 MCGS 全中文组态软件开发的计算机监控 PLC 模拟实验系统软件实现机械手的仿真，并用 STEP7-Micro/WIN 设计 PLC 的控制程序来实现对机械手的自动控制，从而实现了机械手自动化系统的控制过程。

关键词： PLC机械手自动化程序设计目录I摘要 .............................................................................................................................................第 1 章课题介绍 (1)1.1课题设计内容 (1)1.2课题设计具体要求 (2)1.3课题来源及研究的目的和意义 (2)第 2章机械手和 PLC 的概念及选择 (3)2.1机械手的概念 (3)2.2PLC 的概念 (4)第 3章 PLC 控制机械手的系统 (5)3.1 I/O 地址分配 (5)3.2分析系统的控制并设计PLC程序 (5)7第 4章调试机械手 PLC 控制程序...........................................................................................第 5章结论 (8)参考文献 (9)10致谢 ..........................................................................................................................................附录 A 指令语句表 (11)附录 B 梯形图程序 (17)第1章课题介绍1.1 课题设计内容机械手设有调整、连续、单周及步进四种工作方式，工作时要首先选择工作方式，然后操作对应按钮。

应用于PLC控制程序的Petri网执行模型
孟庆春;刘云卿
【期刊名称】《计算机科学》
【年(卷),期】2009(036)010
【摘要】在现有的工业控制系统中经常使用PLC实现顺序控制、定时等功能.控制程序经常需要执行同步操作且输入开关量的触发时机具有不确定性,因此无法充分描述真实的执行过程.为此提出下述解决方法:首先在控制程序的编译阶段,使用Petri网建立网模型以表示程序执行逻辑,其次在控制程序的执行阶段,根据程序真实执行状况动态运行上述网模型,当程序运行结束时网模型停止执行,由此判断程序中存在的逻辑错误.
【总页数】4页(P150-152,159)
【作者】孟庆春;刘云卿
【作者单位】中国科学院力学研究所技术发展部,北京100190;中国科学院力学研究所技术发展部,北京100190
【正文语种】中文
【中图分类】TP393.08
【相关文献】
1.基于PLC控制程序和模糊的故障诊断模型 [J], 张高煜
2.随机Petri网应用于马尔可夫预测模型 [J], 李文波;吴冲锋
3.基于 PLC 控制程序的故障诊断模型研究 [J], 戴丹丹
4.基于多核处理器的PLC控制程序并行执行 [J], 王慧锋;干玲剑
5.基于PES的Petri网可执行模型生成方法 [J], 傅炯;罗爱民;罗雪山;刘俊先
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基于petri网的plc程序设计Petri 网（也称Petri网络）是由俄罗斯数学家拉斯弗拉德·彼得耶夫（Laszlo Petrovic）提出的一种离散数学模型，可用于描绘与表征状态转移系统。

它可以被用于有限状态机的运动模拟以及状态变换的表达。

PLC（可编程控制器）是一种生产自动化系统中使用的电子设备。

它可以为机械装置提供控制和指令，以实现自动生产。

与传统控制方法不同，PLC具有可编程性，可以轻松地实现和更新机械装置的控制程序。

Petri 网主要应用于PLC程序设计也正如它在有限状态机和系统动态表示中所做的。

它可以为PLC指令提供一个图形表示，例如节点，转换，边等。

它还能显示每个指令的顺序，进而可以实现自动化程序的控制。

具体而言，当某些反馈检测到某一特定状态时，PLC可以调用包含在Petri网图中的特定指令，从而实现特定状态的变化。

Petri网在PLC程序设计中有多种用途。

首先，它可以弥补PLC编程语言的不足。

这是因为，PLC编程语言往往并不能清晰有效地描述某一控制过程，但Petri网能清楚的描绘这种控制过程。

此外，Petri网可以实现大量的算法和应用，例如，它可以通过简单的图形模式设计和描述算法，从而支持PLC的多功能功能。

最后，Petri网还可以将PLC程序设计转换成更容易读懂的形式，使技术人员能够更容易读懂并修改PLC程序。

总Logci 上Petri网在PLC程序设计中发挥着重要作用。

它不仅能弥补PLC编程语言的不足，而且能实现完全可编程性，还可以支持PLC多功能性，并能使PLC程序更易于读懂。

Petri网给予了工程师更多灵活性，使得其设计的PLC程序更为完善和可靠，而且能够更好地应对机器的复杂性以及系统的多变性。

机械手在各类工业生产中被广泛运用，其全部的运动过程都是在气缸的驱动下完成的，而气缸是在电磁阀的控制下操作的。

传统的控制系统机械的触点非常多，动作精度不高，极易发生各种安全故障。

PLC实质是一种专门运用于工业控制的计算机，运用各类先进的自动化技术，具有操作性能、准确度高、操作灵活方便、体积小、安全风险发生几率低等特点。

1　机械手控制系统机械手主要由手部、运动机构以及控制系统三部分构成。

一般专用机械手有2～3个自由度。

控制系统主要由机械手每个自由度的电机进行控制，以完成相应的动作。

同时，系统能够接收来自传感器的相关信息，从而构成稳定的闭环控制。

控制系统的核心是由单片机和dsp等微控制芯片组成，经过编辑实现所需功能。

设置包含位置控制和PLC技术等相应的传动结构，主要是将活塞杆运动向手指开闭运用转换，有齿轮齿、齿条结构等[1]。

1.1　PLC的构造原理PLC虽然和普通微机具有相似之处，但是它们的工作方式存在很大差异。

微机主要的工作方式是等待工作指令。

PLC的工作方式是“顺序扫描，不断循环”[2]。

即在PLC运行时，CPU按照客户的控制要求编制好并存储相应程序，按照一定的指令步骤作周期循环扫描，如果没有跳转指令，就会从第一条指令按顺序执行客户指令，直到程度结束，再重新返回第一条指令，才开始进行新一轮的扫描工作。

该工作方式要在系统软件的控制下才能进行，其中扫描的状态应该按照用户编制的程序来进行。

整个运行过程能够分为5个阶段，即自诊阶段、设备通信阶段、信号的收集阶段、程序执行阶段和输出结果阶段。

1.1.1　PLC扫描周期PLC的整个运行过程为5个阶段，即5个阶段为一个扫描周期。

完成一个扫描周期后，重新执行下一个周期的扫描任务。

扫描周期具有连续性[3]。

PLC扫描周期流程图，如图1所示。

PLC内部发挥其控制作用，或者直器的状态信息向继电器反映。

输入继电器的状态信息是以位为单位。

与之相反的输出继电器主要是由输出接口电路进行输出。

利用PETRI网络开发PLC系统的程序杰夫克茨，计算机与管理科学学校，谢菲尔德市理工专科学校，龙比亚大学街100号，谢菲尔德市,S11 8HD。

电话:44-742-533117,传真：44-742-533161肖恩·拉蒂根,思科有限股份公司，谢菲尔德市，电话：44-742-669130摘要：在这个项目中我们检查系统的方法可以在可编程序逻辑控制器上实现。

PLC系统表现出许多独特的功能,我们的目标是创建一个实用的方法去模拟系统,这种系统可以引导实现PLC。

1、介绍本文提出了一种方法可编程序逻辑控制器(PLC)计划可能被开发,从规范到代码,特别关注安全方面的PLC系统。

这个项目是一个伙伴关系思科公司和谢菲尔德城市理工学校。

2、可编程逻辑控制器PLC是一个可编程的设备，使用一系列指令集的逻辑命令。

它分为三个部分。

1、数字输入量连接到特定的内部地址。

模拟输入量只有在转换到数字量之前才能被接收。

2、内部存储器包括定时器、计数器、寄存器和精密的内部继电器。

3、数字输出由继电器、晶体管和三极管构成，模拟输出由数字模拟转换器解决。

没有标准的编程方法已经被开发，这是因为系统有很多属性。

没有标准的语言所以大多数PLC程序员开发程序使用的梯形图没有标准的方法。

梯形图是为了在一系列不同的plc上简化编程任务。

梯形图模拟“硬连接”因此模仿解决方案不是问题。

一个简单的例子是控制起停电机继电器，如图1所示。

这个类似的梯形图看起来很相似,图2。

这个电路是基于启动开关连接到输入数400,停止开关连接到401和运动输出到436。

梯形图是一个低水平的模拟工具,PLC程序是一个翻译，将梯形图翻译成助记符。

正是这些不同的助记符和数字区分了PLC和PLC。

对于一个三菱PLC 相应的指令集已经给出了。

PLC 第一次扫描内部内存来建立系统的状态。

然后,它将在输出之前运行这个程序建立所有输入和输出之间的逻辑连接。

在一个复杂的有大量的逻辑输入和逻辑组合的控制情况下，很难预测非法输入的结果,如损坏的输入开关或传感器。

采用普通Petri网的自动化立体仓库系统的PLC程序设计倪会娟;罗继亮【摘要】以一个实际立体仓库系统的出库流程为例,给出利用普通Petri网设计其可编程逻辑控制器(PLC)程序的方法.首先,根据自动化立体仓库系统的出库流程,提出其对象Petri网的设计方法;然后,根据系统工艺流程对应的顺序控制规范,在对象Petri网的基础上增加执行机构的变迁,最终得到闭合Petri网(监控器);最后,给出将闭合Petri网转化成PLC梯形图的方法,实现自动化立体仓库系统的形式化建模和PLC程序设计.研究结果表明:所提出的设计方法更容易自动实现系统的控制器设计及转化为梯形图语言.【期刊名称】《华侨大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(035)002【总页数】5页(P146-150)【关键词】自动化立体仓库系统;可编程逻辑控制器;Petri网;梯形图【作者】倪会娟;罗继亮【作者单位】华侨大学信息科学与工程学院,福建厦门361021;华侨大学信息科学与工程学院,福建厦门361021【正文语种】中文【中图分类】TP273.5;F253.9自动化立体仓库系统以输送机、堆垛机和自动导引小车（automated guidedvehicle，AGV）等多种设备构成了物料传输线，将企业生产线、传输线和立体仓库紧密连接在一起.然而，立体仓库系统的生产流程的描述、设计和调度问题非常复杂，系统设计和调试的成本昂贵，人工调度错误难以避免，因此亟待实现系统分析、仿真调度和监控的自动化.利用Petri网设计立体仓库系统的可编程逻辑控制器（programmable logical controller，PLC）程序主要分为两个方面：一是利用Petri网对立体仓库系统的进行形式化建模和设计顺序控制器；二是将Petri网转化为PLC梯形图.现有的研究成果［1-10］存在如下3个不足之处：1）均以扩展Petri网对仓库系统进行建模，虽然扩展Petri网的网规模相比于普通Petri网要小，但是扩展Petri网是将变迁定义为一个特定的事件，不具有一般性，难以给出统一的建模方法，并且，扩展Petri网妨碍了成熟Petri网分析方法的应用；2）对于仓库系统建模方法的研究，通常是将系统的资源（物理位置、运输设备等）描述成库所，这虽然可以清楚地描述各种物流活动，但是从监控的角度分析，系统是一组分散布置的控制元件，包括传感器、执行机构等，它们的状态切换才是有价值的信息；3）对于Petri网到PLC梯形图程序转化方法的研究，通常是针对某一特定的例子给出Petri网模型，再将其转化为梯形图，尚未形成一个完整统一的算法，现有成果的实际应用有一定的局限性.为此，本文以一个实际立体仓库系统的出库流程为例，给出利用普通Petri网设计其PLC程序的方法.1 基本概念1.1 Petri网普通Petri网是一个三元组N＝（P，T，F），P是库所集；T是变迁集；F⊆（P×T）∪（T×P）表示库所与变迁之间有向弧的集合；m：P→Z表示标识，m （p）指库所p内的托肯数，m0为初始标识；·t和t·分别表示变迁t的输入库所集和输出库所集；如果∀∈·t：m（p）＞0，那么在标识m下变迁t是使能的，记做m［t＞；如果t激发，则从它的每个输入库所剔除一个托肯，并给它的每个输出库所添加一个托肯，得到后继标识m′，记做m［t＞m′.其他基本概念，请参阅文献［11］.1.2 自动化立体仓库系统一个典型的自动化立体仓库系统包括入库和出库两个工作流程，由立体仓库、传送装置和控制系统3个部分组成.其中，出库流程一般指把生产线（或配送线）上需要的货物从立体仓库中取出，通过自动导引小车（AGV）送到生产线（或配送线）附近的缓冲站上.图1为某实验室立体仓库系统的出库流程.该实验室使用的PLC型号是西门子S7-200，它由微处理器（CPU）、存储器（EPROM，ROM）、输入输出（I／O）模块、外设I／O接口、电源等组成，各部分通过总线（电源总线、控制总线、地址总线、数据总线）连接而成.图1中：传输线包括3个辊筒式传输线和一个链条式传输线；传感器包括出库台传感器s1、出库传输传感器s2、分拣前端传感器s3，以及AGV分拣开始传感器s4和AGV分拣结束传感器s5；执行机构包括出库台电机e1、出库传输电机e2、分拣电机e3、出库AGV传送电机e4和出库AGV电磁阀e5.AGV分拣结束传感器是反射式传感器，位于轨道的下方，以“°”表示，用以感应轨道上货物是否离开，其他传感器均为对射式传感器，位于轨道上，以一对“□”表示；出库AGV传送电机控制的是链条式传输线，以虚线表示，其他电机控制的是辊筒式传输线，以实线表示.图1 某自动化立体仓库系统的出库流程示意图Fig.1 Schematic diagram of an automated storage and retrieval system′s outbound process2 自动化立体仓库系统的对象Petri网模型根据图1所示的自动化立体仓库系统的出库流程，从系统运行的逻辑层面，每个控制元件均可以抽象为“运行”和“休息”状态，而且始终在两者之间切换，并且该切换有“打开”和“关闭”两类事件驱动 .此两类事件可以是自发的，如传感器，也可以是由可编程逻辑控制器等计算机执行的，如出库台电机等.定义1［12］对于一个控制元件x，其Petri网模型为.库所集是对应x的“工作”状态，即如果wx被标识，x处于工作状态，而ix对应x的“休息”状态，即如果ix被标识，x处于休息状态；变迁集合是｛ox，cx｝，ox 表示“打开”事件，而cx 表示“关闭”事件；有向弧集合是初始标识是即有以出库台传感器s1为例，其Petri网模型如图2所示.假设某立体仓库系统的出库流程中有I个传感器，并且每个传感器记为s i，1≤i≤I；J个执行结构（电机和电磁阀），并且每个执行结构记为e j，1≤j≤J.那么，该系统的对象Petri网 Np：＝（（Pp，Tp，Ep），m0）可通过算法1得到.算法1 自动化立体仓库系统出库流程的对象Petri网设计方法.输入：自动化立体仓库系统出库流程控制元件变量集合（s i，1≤i≤I；e j，1≤j≤J）输出：自动化立体仓库系统出库流程对象Petri网 Np：＝（（Pp，Tp，Ep），m0）图2 s1的Petri网模型Fig.2 Petri-net model of s1算法1主要分两个部分：步骤S.1到S.6是对传感器进行Petri网建模；步骤S.7到S.11是对执行机构进行建模.以图1所示的仓库系统为例，其出库流程的对象Petri网模型如图3黑色实线所示.图3 仓库系统出库流程的Petri网模型Fig.3 Petri-net model of the warehouse system′s outb ound process3 自动化立体仓库系统的闭合Petri网模型立体仓库的对象Petri网模型只描述每个传感器的状态变化及执行机构的状态，缺少对执行机构的状态转变的描述.下面将给出立体仓库系统出库流程的顺序控制规范及闭合Petri网的设计方法.给定一个立体仓库系统，当1≤i≤I-2，系统控制规范可以描述为式（1）中：s i是位于辊筒式传输线i最前端的传感器；e j是相应的控制电机.当传感器s i检测到货物时，电机e j运行，传输线i运行；当传感器s i＋2检测到货物时，电机e j关闭，传输线i停止运行.当I-2＜i＜I时，系统控制规范可以描述成式（2）中：s i和s i＋1是位于链条式传输线i的AGV分拣开始和结束传感器；e j是相应的控制电机和电磁阀.当传感器s i检测到货物，电机和电磁阀e j运行，传输线i运行；当货物离开传输线到达AGV时，传感器s i＋1工作，相应电机和电磁阀e j关闭，传输线i和挡板停止运行.算法2 自动化立体仓库系统出库流程的闭合Petri网设计方法.输入：自动化立体仓库系统出库流程的对象Petri网Np：＝（（Pp，Tp，Ep），m0）和系统控制规范（式（1），（2））输出：自动化立体仓库系统出库流程的闭合Petri网 Nc：＝（（Pc，Tc，Ec），m0）算法2分为3个部分：步骤S.4是在系统对象Petri网基础上增加执行机构的变迁集合；步骤S.6增加前I-2执行机构的有向弧集合；步骤S.8增加剩余执行机构的有向弧集合.以图1所示的仓库系统为例，其出库流程的闭合Petri网模型，如图3所示.4 将闭合Petri网转换为梯形图的方法定义2 给定一个自动化立体仓库系统出库流程闭合Petri网Nc：＝（（Pc，Tc，Ec），m0），ox 和cx是任意一个执行机构x对应的变迁 .在变迁ox（cx）输入库所的集合中剔除掉变迁cx（ox）的输出库所得到的集合，称为变迁ox（cx）的自库所集，记做图4 仓库系统出库流程的PLC程序Fig.4 PLC program of the warehouse system′s outbound process定义3 给定一个自动化立体仓库系统出库流程闭合Petri网 Nc：＝（（Pc，Tc，Ec），m0），是执行机构x 的自库所集中所有元素表示的控制元件状态的相反状态对应库所组成的集合，记做.以图3中电机e1为例，其.对于自动化立体仓库系统出库流程闭合Petri网Nc：＝（（Pc，Tc，Ec），m0）中任意一个执行机构x，将其Petri网转换为梯形图程序.根据如下步骤，可以得到图1所示的仓库系统出库流程的PLC梯形图程序，如图4所示.步骤1 根据定义2，得到执行机构x的自库所集，步骤2 根据定义3，得到.步骤3 将库所集中的元素与库所集中的元素串联.其中库所iy用常闭触点｜／｜表示，并标记；库所wy用常开触点‖表示，并标记，y表示集合和中任意一个元素的变量名.步骤4 将集合中的元素与集合中的元素并联.其中库所用常闭触点执行机构｜／｜表示，并标记；库所wz用常开触点‖表示，并标记，z表示集合中任意一个元素的变量名.步骤5 将执行机构x用线圈（）表示，并标记.步骤6 用水平和竖直连接线将触点，线圈与左、右母线相连接.5 结束语从监控角度给出仓库物流系统出库流程的可编程逻辑控制器程序设计方法，即将控制元件描述为对象Petri网，然后根据系统工艺流程对应的顺序控制规范，设计仓库物流系统的闭合Petri网模型.最后，给出将闭合Petri网转化为梯形图的方法.下一步工作是，研究利用可达图、关联矩阵等方法分析闭合Petri网的性质.参考文献：［1］ DOTOLI 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ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮＯ．４，２００７柔性装配单元大多是具有离散事件动态系统［１］（ＤＥＤＳ）的特性，由于ＰＮ是图形化的建模工具，它不但采用图形表达，而且支持数学分析，能精确、直观地描述事件之间的顺序、并发、同步等关系，是对ＤＥＤＳ进行描述、建模与分析的强有力工具，基于ＰＮ模型，我们可以直观地考察柔性装配单元，并且能全面的深入分析其性能。

可编程控制器（ＰＬＣ）以其优越的性能，广泛应用在制造装配及生活的各个领域，ＰＬＣ程序设计的一般方法有：梯形图（ＬＡＤ）、语句表（ＳＴＬ）和功能块（ＦＢＤ），随着制造装配过程复杂性的增加，系统控制的程序设计更复杂，传统的ＰＬＣ程序设计无法满足协调控制、竞争控制等控制要求，并且传统方法设计的ＰＬＣ程序可读性差，不容易理解和修改。

因此，本设计借助ＰＮ对柔性装配系统进行建模，赋予库所和变迁实际的意义，实现对柔性装配单元的控制系统准确描述，并方便地设计出ＰＬＣ的ＬＡＤ程序。

１ＰＮ简介ＰＮ是分布式系统的建模和分析工具，它在制造系统建模和仿真中得到很大的发展，ＰＮ模型不仅可以刻画系统的结构，而且通过标识（ｔｏｋｅｎ）的流动可以描述系统的动态行为。

把柔性装配单元的资源表示为ＰＮ的库所，其操作表示为ＰＮ的变迁，这样赋予了实际意义的ＰＮ，能够有效的对柔性装配单元进行描述，可以建立状态方程，代数方程和其它数学模型来描述系统的行为。

因此，我们有必要描述ＰＮ的几个基本概念［１，２］。

１．１ＰＮ的定义ＰＮ定义为：ＰＮ＝（Ｐ，Ｔ，Ｉ，Ｏ，Ｍ０）此处：（１）Ｐ＝｛Ｐ１，…，Ｐｎ｝是库所的有限集合，ｎ＞０为库所的个数，图形用小圆圈表示。

（２）Ｔ＝｛Ｔ１，…，Ｔｎ｝是变迁的有限集合，ｎ＞０为变迁的个数，图形用小矩形表示。

ＰＩ≠!（空集）（３）Ｉ：Ｐ×Ｔ→Ｎ是输入函数，它定义了从Ｐ到Ｔ的有向弧的重复数或权（ｗｅｉｇｈｔ）的集合，这里Ｎ＝｛０，１，…｝为非负整数集。

PLC在机械手自动控制系统中的应用摘要：随着科学技术的发展，各种新技术、新设备被应用到工业生产当中，推动了工业领域的智能化、自动化发展。

尤其是在机械手自动控制系统当中，引入PLC技术，可以实现机械手的自动化控制，解决了相关工作者的双手，提高了作业的效率。

本文将简单阐述PLC及机械手控制系统的特点，并对PLC在机械手自动控制系统的应用展开分析，为相关工作者提供参考借鉴。

关键词：PLC；机械手；自动控制系统1引言在工业生产过程中，利用机械手可以代替工人从事一些机械化的操作，在释放了大量劳动力的同时，也完成了人力无法完成的操作，提高了工业生产的效率和安全性。

为了进一步的推动机械手的自动化发展，PLC技术以其结构简单、性能优越、可靠性高等优点，在机械手自动控制系统中应用日渐广泛。

因此，研究分析PLC在机械手自动控制系统中的应用具有重要的现实意义。

2 机械手控制系统的概述2.1机械手概述机械手本身主要是由机械手、运动机构以及控制系统等组成。

在实际工作过程中，由控制系统发出质量，对机械手的自由度进行控制，来完成相对应的操作，同时，系统还会接收来自机械手传感器所采集到的位置、距离等相关信息，来对机械手的控制进行精准的调整，最终实现了机械手的闭环控制。

传统的机械手在控制过程中，依靠人工操作启动和停止按钮，来实现机械手的操作运动，本身的控制精度较低，难以满足现代工业生产的要求。

而通过PLC技术的应用，可以让机械手按照指定的程度，来完成相关完成操作，本身的执行精准度较高，极大的提高了工业生产的效率。

2.2 PLC技术概述相比较普通的微机，PLC虽然类似于微机，但在工作方式方面，仍存在较大的差异。

微机的工作需要相关的工作指令，在没有指令的情况下，微机处于等待状态。

而PLC在工作过程中，是按照事先编制好的控制程序，按照一定的指令步骤来做循环式的操作，当没有接收到跳转指令时，PLC会操作机械手按照指令的要求顺序不断的循环执行，直到接收到全新的指令为止。

第18卷　第1期郑州轻工业学院学报(自然科学版)V ol.18　N o.1　2003年3月JOURNA L OF ZHENG ZHOU INSTIT UTE OF LIGHT INDUSTRY (Natural Science )Mar.2003 收稿日期:2002-04-17基金项目:河南省高校青年骨干教师基金项目(2001—2004)作者简介:高宏伟(1978—),男,河南省许昌市人,郑州轻工业学院硕士研究生,主要从事自动控制技术的研究;王永华(1963—),男,河北省武安县人,郑州轻工业学院教授,主要从事自动控制技术的应用及研究. 文章编号:1004-1478(2003)01-0046-03・本院研究生专栏・基于Petri 网的P LC 程序设计方法研究高宏伟1,　王永华1,　张永忙2(11郑州轻工业学院信息与控制工程系,河南郑州450002;21河南油田工程建设监理中心,河南南阳473061)摘要:针对传统程序设计方法难以对具有并发、协调、竞争等复杂事件的P LC 控制系统编程的问题,探讨了一种基于Petri 网模型的P LC 程序设计方法.该方法利用Petri 网的图形性质和对并发事件建模的能力,可简便、直观地构建P LC 控制系统程序,并能对控制系统性能进行分析,以确认程序的合理性.关键词:Petri 网;可编程控制器;控制模型;逻辑方程;程序设计中图分类号:TP29 文献标识码:AStudy on program design method of PLC control system based on Petri netG AO H ong 2wei 1,　W ANG Y ong 2hua 1,　ZH ANG Y ong 2mang 2(1.Dept.o f Infor.and Controlling Eng.,Zhengzhou Inst.o f Light Ind.,Zhengzhou 450002,China ;2.The Eng.Supervisory Center o f H e ′nan Oil Field ,Nanyang 473061,China )Abstract :The conventional program design method is unable to s olve the control problem of P LC control system with parallel ,coordination ,com petition.T o s olve the problem ,a P LC program design method based on Petri net is presented.Petri net is graphics m odel and is able to m odel for parallel system ,s o the program of P LC control system can be designed conveniently and audio 2visually ,the control system can be analyzed to con firm the rea 2s onableness of program.K ey w ords :Petri net ;P LC ;control m odel ;logical equation ;program design0　引言 Petri 网理论是德国的C.A.Petri 博士于1962年提出的一种为并发、离散系统建模的方法.经过近四十年的发展,该理论已广泛应用于机械、通讯、计算机等许多领域.Petri 网主要包括库所(S 元素)、变迁(T 元素)2种要素,它们分别表示系统的状态和变化.每个库所包含的令牌称为托肯(T oken ),每个库所中的托肯数可以表示出系统状态.系统通过托肯的流动来演变控制触发的规则,托肯的流动不仅有量变,也有质变.执行元件、主令元件和控制器是构成P LC 控制系统的3种主要功能元件.在基于Petri 网的P LC 控制系统中,Petri 网理论主要用来构建主令元件和执行元件的逻辑关系,即控制器的逻辑关系.通过这种逻辑关系　第1期高宏伟等:基于Petri 网的P LC 程序设计方法研究・47・　可控制系统元件的触发,同时控制器还要实时接收传感器信号作为主令信号的反馈信号,以此来触发元件执行并反馈执行元件动作完毕的信号.因此,通过Petri 模型的构造可反映设计者的设计思想和目的.P LC 具有可靠性高、使用方便等优点,在控制系统中被广泛采用.传统的P LC 设计方法有状态表法、功能图法等,可以用来解决顺序、随机等类型的问题,但不适用于具有协调、竞争等事件的控制系统.Petri 网具有图形性质,这使得它所建立的模型可以简单而清楚地描述系统内所有现象.此外,它还可以揭示系统严重的反常现象(如停顿、状态空间的无限性等),并为检测某些技术的差错(例如在不协调动作之间缺乏互斥)提供分析模型,依据该模型可分析系统的安全性、可达性、有界性、守恒性和可覆盖性等.因此,基于Petri 网的P LC 程序设计应是一种适用于具有复杂事件控制系统的方法.传统的P LC 程序设计方法中,竞争是一个难以解决的问题.所谓竞争是指2个以上的动作共同使用1种资源,而这种资源1次只能为1个动作服务,即具有独占性.当2个以上的动作同时要求服务时就产生竞争,为了避免因此而产生的系统故障,必须对竞争进行控制.在基于Petri 网的P LC 程序设计方法中,对公用资源设计1个资源位置元素,表示该资源是否已经被占用,以此来解决竞争问题.笔者拟通过使用自动导向小车的运输系统实例来说明如何对具有竞争性质的系统建立Petri 网模型并将其转化为相应的P LC 程序.图1　自动导向的运输系统网络1　Petri 网控制模型例析111　自动导向运输系统工作原理 图1所示为一个使用自动导向小车的运输系统,其中2个下料工作站O 1,O 2由3个上料工作站In 1,In 2,In 3供料.图中圆圈表示的触点用来检测小车在一段路程结束时的状况.小车每到达1个触点,控制系统必须决定是停下等待还是继续行驶.为避免相撞,将传送网络划分为若干段,在任意给定时刻,每1段上不能多于1辆小车.在本系统中,假设上料工作站In 1向下料工作站O 1供料,上料工作站In 2向下料工作站O 2供料,上料工作站In 3既可向下料站O 1供料,又可向下料站O 2供料.由图1可知,系统中3个上料工作站发出的小车对同一段路的使用具有竞争性,即每一段路在同一时刻只能为1辆小车所使用.当2辆小车同时请求使用时,就产生了竞争.为了避免小车相撞,笔者使用并发型的图2　自动导向运输系统的Petri 网模型设计思想对控制系统进行设计.在每个触点处,哪辆小车先到达触点,就将下一段路的使用权交给这辆小车,而只有当这辆小车离开这段路后,这段路的使用权才能交给其他的小车.通过在每辆小车上装备转向控制装置可控制每辆小车在岔路口的转向.112　程序设计图2为建立该自动导向系统的Petri 网控制模型,其中对具有竞争性质的资源,即每一段路各用1个位置元素S 来表示.当没有小车在路上行驶时,其S 元素内部包含1个托肯.系统Petri 模型中,In i 为第i 个工作站上料标志;P ij 为小车i 在j 路段上的行驶状况;S j 为路段j 空着的标志;T i 为小车离开i 路段时的触发标志.图2的Petri 网模型给出了4种可能的行车顺序:In 1→O 1,In 2→O 2,In 3→O 1,In 3→O 2.系统中不同的小车在不同的路段上可以同时运行.通过分析所构造的Petri 网,可以写出该自动导向系统的逻辑方程:　・48・郑州轻工业学院学报(自然科学版)2003年　 P 11=(In 1+P 11)×T 1P 15=(T 3×S 5+P 15)×T 5P 22=(In 2+P 22)×T 2P 25=(T 3×S 5+P 25)×T 5P 34=(In 3+P 14)×T 4P 36=(T 5×S 6+P 36)×T 6S 3=(T 3+S 3)×(P 13+P 23)S 6=(T 6+S 6)×(P 16+P 36) P 13=(T 1×S 3+P 13)×T 3P 16=(T 5×S 6+P 16)×T 6P 23=(T 2×S 3+P 23)×T 3P 27=(T 5×S 7+P 27)×T 7P 35=(T 4×S 5+P 35)×T 5P 37=(T 5×S 7+P 37)×T 7S 5=(T 5+S 5)×(P 15+P 25+P 35)S 7=(T 7+S 7)×P 27由以上逻辑方程可得出P LC 系统的输出逻辑表达式.　小车1的行车指令:OUT 1=P 11+P 15+P 13+P 16 转向控制指令:OUT 1’=P 16　小车2的行车指令:OUT 2=P 22+P 23+P 25+P 27 转向控制指令:OUT 2’=P 27　小车3的行车指令:OUT 3=P 34+P 35+P 36+P 37 转向控制指令:OUT 3’=P 36+P 372　系统分析调试211　模型分析通过对所建造的Petri 网模型的分析可发现程序的合理性及潜在的缺陷.Petri 网分析的方法主要有2种:可达树法和关联距阵法.可达树法具有形象直观的优点,但存在如冲突与并发混淆、死标示和活标示不能一目了然、有限序列与无限序列分不清等问题.而关联矩阵虽然缺乏直观性,但它可以采用线性代数来分析Petri 网的特性,便于计算机进行辅助处理.具体的使用则需要根据不同情况而定.笔者采用可达树法对该系统进行了分析,系统不存在死锁、竞争冲突等问题.212　试验调试及结果由上述逻辑方程可以写出该自动导向系统的梯形图程序,笔者采用西门子CPU224型P LC 进行仿真模拟.I/O 地址分配如下:输入点(I ):In 1～In 3为上料点传感信号,地址为I 010～I 012;T 1～T 7为各路段位置触点信号,地址为I 013～I 111.输出点(O ):OUT 1～OUT 3为小车的行车指令信号,地址为Q 010～Q 012;OUT 1’～OUT 3’为小车的转向控制信号,地址为Q 013～Q 015.将以上逻辑方程转换成相应的梯形图程序,并在西门子CPU224型P LC (14入/10出)上调试,结果表明各种逻辑方程符合设计要求,自动导轨小车可按控制目的运行,无死锁等现象发生.3　结论Petri 网具有图形网络性质,所以基于Petri 网建立的P LC 控制系统的程序更加直观而灵活.它不仅能正确实现所需的控制策略,而且能清楚地表示运行顺序、可能的并行性及共享资源管理,是一种有效的程序设计及分析方法.随着科学技术的发展,随着Petri 网理论的逐步成熟和完善,它在复杂P LC 程序设计中的应用也将越来越广泛.参考文献:[1]　袁崇义.佩特里网[M].南京:东南大学出版社,1989.[2]　崔亚军.可编程控制器原理及程序设计[M].北京:电子工业出版社,1993.。

基于Petri网的柔性制造系统控制器设计基于Petri网的柔性制造系统控制器设计一、引言柔性制造系统(Flexible Manufacturing System, 简称FMS)是一种高度自动化的生产系统，通过柔性配置的机械、设备、计算机等组成，能够根据市场需求和产品变化快速灵活地进行生产。

FMS的核心是控制系统，它负责协调和控制整个生产过程。

本文将基于Petri网的控制器设计，介绍柔性制造系统控制器的基本原理和设计方法。

二、Petri网基本原理Petri网是由德国科学家Carl Adam Petri于1962年提出的一种图论模型，主要应用于描述并发处理过程中的事件与系统之间的关系。

它由两个基本元素组成：库所(place)和变迁(transition)。

库所表示系统中的状态，变迁表示状态之间的转移。

Petri网通过定义库所和变迁之间的弧(Arc)来描述状态转移的条件和行为规则。

Petri网具有时序可控性、并发性和死锁检测等特点，非常适用于描述和分析柔性制造系统的控制关系。

三、柔性制造系统控制器设计方法1. 建立Petri网模型首先，需要根据柔性制造系统的具体需求和工艺流程建立Petri网模型。

库所代表系统的状态，如机床、零件、工序等；变迁代表状态之间的转移，如加工、搬运、报警等。

根据FMS的特点，要考虑到并发处理、死锁避免等因素，将它们作为Petri网模型的一部分。

2. 设计控制策略根据柔性制造系统的生产需求和控制要求，设计控制策略。

控制策略包括资源调度、任务分配、状态监测等。

通过设置库所和变迁的权重和延时等属性，可以调整和优化控制策略。

3. 状态监测与转移在柔性制造系统中，需要实时监测各个工序的状态，并进行合适的状态转移。

可通过Petri网模型中的变迁，设置相应的触发条件和执行动作，实现状态的自动转移和控制。

4. 故障检测和处理柔性制造系统中，可能会出现设备故障、工艺异常等问题，需要及时检测和处理。

自动制造系统的Petri网控制器设计及优化自动制造系统的Petri网控制器设计及优化随着自动化制造技术的快速发展，自动制造系统已经广泛应用于各个工业领域。

在自动制造系统中，Petri网作为一种强大的建模工具被广泛应用于工业过程的建模与控制。

本文将重点讨论自动制造系统中Petri网控制器的设计及优化。

首先，我们来简单介绍一下Petri网。

Petri网是由地球物理学家Carl Adam Petri在20世纪60年代提出的一种图形化数学模型，用于描述并发系统的行为。

Petri网由一组有向弧和有标记的节点组成，节点包括两种类型：库所和变迁。

库所表示系统中的状态，变迁表示状态之间的转移。

节点之间的有向弧表示变迁与库所之间的关系。

在自动制造系统中，Petri网可以被用来描述生产过程的各种状态及其之间的关系。

Petri网控制器的设计和优化则是为了使系统能够在安全、高效的状态下运行。

下面我们将详细介绍Petri网控制器的设计及优化的几个关键步骤。

首先是Petri网的建模。

在进行控制器设计之前，需要对自动制造系统进行准确的建模。

这包括识别系统的关键组件、子系统和过程，并将其用Petri网进行表示。

根据系统的实际情况，确定库所和变迁的属性及其之间的关系，并为其分配适当的权重。

接下来是控制目标的确定。

根据自动制造系统的要求和目标，确定控制器需要实现的功能和需求。

这可能包括最大化生产效率、降低能源消耗、增加系统鲁棒性等。

根据这些目标，设计控制器的结构和策略。

然后是控制算法的选择和设计。

根据控制目标和系统的特性，选择合适的控制算法。

这可以是简单的开关规则，也可以是复杂的优化算法。

根据控制算法的选择，设计控制器的结构和参数。

在控制器设计的过程中，还需要进行系统的仿真和调试。

使用Petri网仿真工具对控制器进行模拟和分析，验证其性能和稳定性。

如果发现问题，可以进行参数调整和算法优化，直到满足系统的要求。

最后是控制器的实施和优化。