專利名稱：一種檢測(cè)plc梯形圖程序中是否存在競(jìng)態(tài)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)PLC (可編程邏輯控制器)程序中出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤的方法，是針對(duì)PLC程序驗(yàn)證的有力工具，確切地說(shuō)，提出了一種檢測(cè)PLC梯形圖程序中是否存在競(jìng)態(tài)的方法。
背景技術(shù)：
可編程邏輯控制器(PLC)廣泛地應(yīng)用于航空航天、交通運(yùn)輸、核電能、石油化工、電力和交通等安全苛求系統(tǒng)領(lǐng)域。傳統(tǒng)的PLC程序調(diào)試方法只能在語(yǔ)法、語(yǔ)義上進(jìn)行檢測(cè)，無(wú)法識(shí)別出程序變量之間隱藏的邏輯錯(cuò)誤，如，競(jìng)態(tài)。所謂“競(jìng)態(tài)”指的是，給定的PLC程序在ー組固定不變的輸入情況下，在連續(xù)不同的工作周期中出現(xiàn)不斷重復(fù)變化的輸出值。例如，在一道加工程序中，控制機(jī)械臂抓取的程序中存在“競(jìng)態(tài)”，那么，在工作中機(jī)械臂的直接表現(xiàn)為抓取的動(dòng)作不穩(wěn)定，不斷地重復(fù)抓住、松開(kāi)動(dòng)作，這樣的錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的加工出現(xiàn)非常嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題，以及非常低的工作效率。目前已經(jīng)報(bào)道的檢測(cè)方法中更多的是偏向于理論的證明，雖然此類方法可以精確地發(fā)現(xiàn)程序中是否存在“競(jìng)態(tài)”，但在應(yīng)用于較復(fù)雜程序時(shí)其本身的推導(dǎo)證明過(guò)程卻過(guò)于繁雜，會(huì)導(dǎo)致效率偏低，甚至提高錯(cuò)誤率。如，Zhendong Su等人提出了基于ー種約束語(yǔ)言的“競(jìng)態(tài)”檢測(cè)方法，該方法在檢測(cè)過(guò)程中并非一次性完成檢測(cè)工作，而是隨機(jī)選擇輸入值進(jìn)行仿真，并且不斷重復(fù)這ー仿真過(guò)程直到檢測(cè)工作結(jié)束。雖然這種方法也可以達(dá)到檢測(cè)PLC程序中是否存在“競(jìng)態(tài)”的目的，但是自身也存在缺陷1、檢測(cè)工作需多次實(shí)驗(yàn)才能完成，工作效率偏低；2、由于需要多次重復(fù)仿真實(shí)驗(yàn)，因此過(guò)多的人為工作量容易出現(xiàn)失誤，提高了錯(cuò)誤率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種檢測(cè)PLC梯形圖程序中是否存在競(jìng)態(tài)的方法，可以直接、快速地發(fā)現(xiàn)PLC程序中隱含的邏輯錯(cuò)誤。一種檢測(cè)PLC梯形圖程序中是否存在競(jìng)態(tài)的方法，具體包括如下步驟步驟1、定義規(guī)則(I)采樣變遷及同地址采樣變遷把開(kāi)關(guān)量或者觸點(diǎn)這類輸入量模擬為一對(duì)真假庫(kù)所，而且在這對(duì)真假庫(kù)所中添加了ー對(duì)連接變遷，把這樣的ー類連接變遷定義為采樣變遷，記做Tsample,并且這對(duì)連接變遷彼此互為同地址采樣變遷；(2)采樣變遷中的優(yōu)先級(jí)按照PLC梯形圖中每個(gè)開(kāi)關(guān)量或者觸點(diǎn)的物理地址的先后順序，將普通Petri網(wǎng)中每個(gè)開(kāi)關(guān)量或者觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)的結(jié)點(diǎn)劃分優(yōu)先級(jí)，進(jìn)而根據(jù)結(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)來(lái)劃分結(jié)點(diǎn)中每對(duì)采樣變遷的優(yōu)先級(jí)，把優(yōu)先級(jí)高的采樣變遷記做th且th G Tsample,把優(yōu)先級(jí)低的采樣變遷記做h且h G Tsafflple,同地址的兩個(gè)采樣變遷優(yōu)先級(jí)相同；
(3)計(jì)算變遷把輔助繼電器或者線圈這類輸出量模擬為ー對(duì)真假庫(kù)所，而且根據(jù)路徑和割集的概念添加了連接變遷，把這樣的一類連接變遷定義為計(jì)算變遷，記做Trampute ；(4)計(jì)算變遷中的優(yōu)先級(jí)如果用戶使用的程序是梯形圖程序，那么PLC在程序執(zhí)行階段，總是按照先上后下、從左至右的順序進(jìn)行掃描，程序中的輸出量也是按照這個(gè)順序發(fā)生變化的，按照這個(gè)順序?qū)⒊绦蛑休敵隽繉?duì)應(yīng)的結(jié)點(diǎn)劃分優(yōu)先級(jí)，進(jìn)而確定與每個(gè)輸出量變化相關(guān)的計(jì)算變遷的優(yōu)先級(jí)，把最高級(jí)別的計(jì)算變遷標(biāo)識(shí)記做t_且t G Tcoffl ；(5)標(biāo)識(shí)的使能變遷和生成變遷對(duì)于標(biāo)識(shí)m，如果有ー個(gè)變遷t可以被激發(fā)，激發(fā)后產(chǎn)生標(biāo)識(shí)m'，此過(guò)程可表示為m[t >m'，變遷t稱為標(biāo)識(shí)m的使能變遷，記做md6。[t >，變遷t稱為標(biāo)識(shí)m'的生成變遷,記做[t > m'；(6)端點(diǎn)對(duì)于標(biāo)識(shí)m，如果在新的變遷激發(fā)規(guī)則下不存在使能變遷，把這樣的標(biāo)識(shí)稱為端點(diǎn)，記做端點(diǎn)e G E,用E表示可達(dá)圖中的端點(diǎn)集合；
(7)生成路徑從端點(diǎn)出發(fā)到標(biāo)識(shí)m的一條有向路徑，稱為標(biāo)識(shí)m的生成路徑；(8)新的變遷激發(fā)規(guī)則A、普通Petri網(wǎng)變遷激發(fā)規(guī)則同樣適用于新的變遷激發(fā)規(guī)則中；B、對(duì)于采樣變遷，在低級(jí)別變遷激發(fā)后，高級(jí)別變遷即使使能也不再激發(fā)；C、對(duì)于采樣變遷，同地址的ー對(duì)變遷中，若有一個(gè)激發(fā)，那么下一歩中與其相對(duì)應(yīng)的另ー個(gè)即使使能也不再激發(fā)；D、對(duì)于計(jì)算變遷，存在大于等于ー個(gè)變遷使能時(shí)，只激發(fā)級(jí)別最高的變遷；E、在計(jì)算變遷被激發(fā)后，其后續(xù)步驟中即使有采樣變遷使能也不被激發(fā)；步驟2、根據(jù)系統(tǒng)的控制規(guī)范，可編寫(xiě)滿足要求的PLC梯形圖程序，并進(jìn)ー步轉(zhuǎn)換成普通Petri網(wǎng)，根據(jù)普通Petri網(wǎng)及其初始標(biāo)識(shí)生成符合PLC工作機(jī)理的可達(dá)圖，具體包括如下步驟步驟21、用E表示可達(dá)圖中的端點(diǎn)集合，其中，E=Enew U Eold, Enew為待檢測(cè)端點(diǎn)集合，Etjld為已檢測(cè)端點(diǎn)集合；用e pm表不有向弧集合；Wpix;表不有向弧的標(biāo)簽集合；MPIX表不所求狀態(tài)集合;Mdf；。表示待檢測(cè)狀態(tài)集合噸表示初始狀態(tài)；令Enew= {mj，Eold=0 ^prc = 0 ,tjp =0 Mde , Mplc= {m0}；步驟22、若本0，則執(zhí)行步驟23，否則，若Enew為空集，則算法結(jié)束；步驟23、令Mde。= MdJleJ，即選取Enew中任一元素作為PLC程序的ー個(gè)新的エ作周期的起始狀態(tài)，并標(biāo)記為待檢測(cè)狀態(tài)，用符號(hào)“nw”表示* 0，則選取中任一元素，執(zhí)行步驟24，否則執(zhí)行步驟224 ；步驟24、若狀態(tài)mde。下存在使能變遷t，則執(zhí)行步驟26，否則執(zhí)行步驟25 ；步驟25、若 mde。G Enew,即 mde。是待檢測(cè)端點(diǎn)，則 Mdee = Mdec- {mdec}，Enew=Enew- {mdec}，Eold = Eold+{mdec}，即擦去當(dāng)前狀態(tài)的“待檢測(cè)端點(diǎn)”及“待檢測(cè)狀態(tài)”標(biāo)記并標(biāo)記為“已檢測(cè)端點(diǎn)”，返回步驟22,否則Mdec=Mdec- {mdec}，Enew=Enew+ {mdec}，即擦去待檢測(cè)狀態(tài)標(biāo)記,并標(biāo)記為待檢測(cè)端點(diǎn)，返回步驟23;步驟26、根據(jù)步驟I中定義規(guī)則(I)至(4)，對(duì)使能變遷t分類并劃分優(yōu)先級(jí)；步驟27、若mde。是待檢測(cè)端點(diǎn)，即mde。E Enew,則執(zhí)行步驟28，否則執(zhí)行步驟29 ；步驟28、對(duì)于每ー個(gè)在mde。下使能的變遷t，執(zhí)行 步驟28.1激發(fā)變遷t，生成新標(biāo)識(shí)m'；
步驟28. 2若m'與已存在的狀態(tài)m"標(biāo)識(shí)相同且m" G Mplc,則執(zhí)行步驟28. 3，否則執(zhí)行步驟28. 4 ；步驟28. 3 e PLC = e PLC+{(mdec,m" )}，wPLC(mdec, m" ) = t。即從 mdec 到 m"畫(huà)一條有向弧，并用t標(biāo)記，返回步驟28 ；步驟28. 4 e pLC = e PLC+ {(mdec, m' )}，wPLC (mdec, m' ) =t，Mdec = Mdec+ {m' }，Mplc =Mplc+{m ^ }，即從Hitte到m'畫(huà)一條有向弧，用t標(biāo)記，并將m'分別標(biāo)記為待檢測(cè)狀態(tài)和所求狀態(tài)；步驟29、Mdee = Mdee-1mdeJ ,即擦去當(dāng)前狀態(tài)的待檢測(cè)標(biāo)記,返回步驟23 ；步驟210、若mde。是由采樣變遷t激發(fā)后生成的，則執(zhí)行步驟211，否則執(zhí)行步驟 215 ；步驟211、對(duì)于每ー個(gè)在mde。下使能的采樣變遷t'，執(zhí)行步驟211.1若t'的優(yōu)先級(jí)低于t的優(yōu)先級(jí)，則激發(fā)變遷t'，生成新標(biāo)識(shí)m'，否則返回步驟211 ；步驟211.2.111'與已存在的狀態(tài)m"標(biāo)識(shí)相同且m" G MPw則執(zhí)行步驟211. 3，否則執(zhí)行步驟211. 4;步驟211.3 ePLC= e PLC+{(mdec, m" )}，wPLC(mdec，m" )=t,，即從 mdec;到 m"畫(huà)一條有向弧，并用t標(biāo)記，返回步驟211;步驟 211. 4 e pLC = e PLC+ {(mdec, m' )}，wPLC (mdec, m' )=t, Mdec=Mdec+ {m' }，Mplc =Mplc+{m ^ }，即從Hitte到m'畫(huà)一條有向弧，用t標(biāo)記，并將m'分別標(biāo)記為待檢測(cè)狀態(tài)和所求狀態(tài)，返回步驟211 ；步驟212、若mde。下存在使能的計(jì)算變遷t'，則激發(fā)使能的計(jì)算變遷中優(yōu)先級(jí)最高的那ー個(gè)t_，生成新標(biāo)識(shí)m';否則執(zhí)行步驟216 ；步驟213、若m'與已存在的狀態(tài)m"標(biāo)識(shí)相同且m" G Mm，則執(zhí)行步驟214，否則執(zhí)行步驟215 ；步驟214、若mde。的生成路徑上只有ー個(gè)端點(diǎn)，則從mde。到m"畫(huà)一條有向弧，并用tD1M標(biāo)記，形成回路，此時(shí)，競(jìng)態(tài)raCe=l，算法結(jié)束；否則ePLC= ￡ PLC+ { (mdec. m ；/ H，WPLC (mdec. m；/ )=tmM，即從mde。到m"畫(huà)一條有向弧，并用tmax標(biāo)記,執(zhí)行步驟2 16 ；步驟215、e PLC = e PLC+ {(mdec, m' )}，wPLC (mdec, m' ) = t眶，Mdec=Mdec+ {m, }，Mplc=Mplc+{m^ }，即從到m'畫(huà)一條有向弧，用標(biāo)記，并將m'分別標(biāo)記為待檢測(cè)狀態(tài)和所求狀態(tài)，執(zhí)行步驟216 ；步驟216、若mde。下無(wú)使能變遷t',且mde。不是端點(diǎn)，則Enew=Enew+ ImdeJ ,即標(biāo)記mdec為待檢測(cè)端點(diǎn)，否則執(zhí)行步驟217 ；步驟217、若Mdee=Mdee-1mdeJ ,即擦去mde。的待檢測(cè)標(biāo)記,返回步驟23 ；步驟218、若mde。下存在使能的采樣變遷t,則Mdee = Mdec-{mdec},即擦去當(dāng)前狀態(tài)待檢測(cè)標(biāo)記；否則執(zhí)行步驟220 ；步驟219、若mde。不是端點(diǎn),則Enew=Enew+ {mdec},即標(biāo)記mde。為待檢測(cè)端點(diǎn),返回步驟23 ;否則直接返回步驟23 ；步驟220、激發(fā)使能的計(jì)算變遷中優(yōu)先級(jí)最高的那ー個(gè)tmax,生成新標(biāo)識(shí)m';若m/與已存在的狀態(tài)m"標(biāo)識(shí)相同且m" G Ma。，則執(zhí)行步驟221，否則執(zhí)行步驟222 ;
步驟221、若mde。的生成路徑上只有ー個(gè)端點(diǎn)，則從Hidec^ljm"畫(huà)一條有向弧，并用tD1M標(biāo)記，形成回路，此時(shí)競(jìng)態(tài)raCe=l，算法結(jié)束；否則，令ePLC= ￡ PLC+ { (mdec. m ；/ H，wPlc (mdec m；/ ) = tmax，即從mde。到m"畫(huà)一條有向弧,并用tmax標(biāo)記,執(zhí)行步驟223 ;步驟222、e PLC = e PLC+ {(mdec, m' )}, wPLC (mdec, m' ) = tmax, Mdec=Mdec+ {m' }，Mplc=Mplc+{m^ }，即從到m'畫(huà)一條有向弧，用t_標(biāo)記，并將m'分別標(biāo)記為待檢測(cè)狀態(tài)和所求狀態(tài)，執(zhí)行步驟225 ；步驟223、Mdec=Mdee-1mdeJ ，即擦去當(dāng)前狀態(tài)“待檢測(cè)狀態(tài)”標(biāo)記，返回步驟23 ；步驟224、Enew=Enew-{mde。}, Eold = Eold+ {mdec},即擦去當(dāng)前狀態(tài)“待檢測(cè)端點(diǎn)”標(biāo)記，標(biāo)記為“已檢測(cè)端點(diǎn)”，返回步驟22 ；步驟3、若步驟2輸出ー個(gè)具有可逆性的可達(dá)圖，圖中的每ー個(gè)標(biāo)識(shí)都代表著系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的某ー狀態(tài)，每一條生成路徑都描述了系統(tǒng)在某一狀態(tài)后的演化過(guò)程，則PLC程序中不存在競(jìng)態(tài)race ;若步驟2輸出ー個(gè)存在自回路的不可逆的、不完整的可達(dá)圖，則PLC程序中存在競(jìng)態(tài)race。本發(fā)明是一種檢測(cè)PLC梯形圖程序中是否存在競(jìng)態(tài)的方法，通過(guò)計(jì)算普通Petri網(wǎng)的可達(dá)圖來(lái)確定待檢測(cè)程序中是否存在競(jìng)態(tài)，不僅可以一次性完成檢測(cè)工作，而且可以讓程序員清晰、直觀地從可達(dá)圖中直接發(fā)現(xiàn)程序中隱含的邏輯錯(cuò)誤，同時(shí)檢測(cè)的每個(gè)步驟都可以由計(jì)算機(jī)完成，所以在效率上也更加突出，并達(dá)到自動(dòng)化的標(biāo)準(zhǔn)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明ー種檢測(cè)PLC梯形圖程序中是否存在競(jìng)態(tài)的方法，具體包括如下步驟步驟1、定義規(guī)則(I)采樣變遷及同地址采樣變遷把開(kāi)關(guān)量或者觸點(diǎn)這類輸入量模擬為一對(duì)真假庫(kù)所，而且在這對(duì)真假庫(kù)所中添加了ー對(duì)連接變遷，把這樣的ー類連接變遷定義為采樣變遷，記做Tsample,并且這對(duì)連接變遷彼此互為同地址采樣變遷；(2)采樣變遷中的優(yōu)先級(jí)按照PLC梯形圖中每個(gè)開(kāi)關(guān)量或者觸點(diǎn)的物理地址的先后順序，將普通Petri網(wǎng)中每個(gè)開(kāi)關(guān)量或者觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)的結(jié)點(diǎn)劃分優(yōu)先級(jí)，進(jìn)而根據(jù)結(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)來(lái)劃分結(jié)點(diǎn)中每對(duì)采樣變遷的優(yōu)先級(jí)，即物理地址較前的開(kāi)關(guān)量或者觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)的結(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)高，優(yōu)先級(jí)高的結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的ー對(duì)采樣變遷的優(yōu)先級(jí)高；同理，物理地址較后的開(kāi)關(guān)量或者觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)的結(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)低，與其對(duì)應(yīng)的ー對(duì)采樣變遷優(yōu)先級(jí)低，把優(yōu)先級(jí)高的采樣變遷記做th且th G Tsample,把優(yōu)先級(jí)低的采樣變遷記做h且h G Tsample,同地址的兩個(gè)采樣變遷優(yōu)先級(jí)相同；(3)計(jì)算變遷把輔助繼電器或者線圈這類輸出量模擬為ー對(duì)真假庫(kù)所，而且根據(jù)路徑和割集的概念添加了連接變遷，把這樣的一類連接變遷定義為計(jì)算變遷，記做Trampute ；(4)計(jì)算變遷中的優(yōu)先級(jí)如果用戶使用的程序是梯形圖程序，那么PLC在程序執(zhí)行階段，總是按照先上后下、從左至右的順序進(jìn)行掃描，程序中的輸出量也是按照這個(gè)順序發(fā)生變化的，按照這個(gè)順序?qū)⒊绦蛑休敵隽繉?duì)應(yīng)的結(jié)點(diǎn)劃分優(yōu)先級(jí)，進(jìn)而確定與每個(gè)輸出量變化相關(guān)的計(jì)算變遷的優(yōu)先級(jí)。即，先發(fā)生變化的輸出量對(duì)應(yīng)的計(jì)算變遷優(yōu)先級(jí)高于后發(fā)生變化的輸出量對(duì)應(yīng)的計(jì)算變遷，把最高級(jí)別的計(jì)算變遷標(biāo)識(shí)記做t_且t G Tcoffl ；(5)標(biāo)識(shí)的使能變遷和生成變遷對(duì)于標(biāo)識(shí)m，如果有ー個(gè)變遷t可以被激發(fā)，激發(fā)后產(chǎn)生標(biāo)識(shí)m'，此過(guò)程可表示為，變遷t稱為標(biāo)識(shí)m的使能變遷，記做md6。[t > ;變遷t稱為標(biāo)識(shí)m'的生成變遷,記做[t > m'；(6)端點(diǎn)對(duì)于標(biāo)識(shí)m，如果在新的變遷激發(fā)規(guī)則下不存在使能變遷，把這樣的標(biāo)識(shí)稱為端點(diǎn)，記做端點(diǎn)e G E,用E表示可達(dá)圖中的端點(diǎn)集合；(7)生成路徑從端點(diǎn)出發(fā)到標(biāo)識(shí)m的一條有向路徑，稱為標(biāo)識(shí)m的生成路徑；(8)新的變遷激發(fā)規(guī)則A、普通Petri網(wǎng)變遷激發(fā)規(guī)則同樣適用于新的變遷激發(fā)規(guī)則中；B、對(duì)于采樣變遷，在低級(jí)別變遷激發(fā)后，高級(jí)別變遷即使使能也不再激發(fā)；
C、對(duì)于采樣變遷，同地址的ー對(duì)變遷中，若有一個(gè)激發(fā)，那么下一歩中與其相對(duì)應(yīng)的另ー個(gè)即使使能也不再激發(fā)；D、對(duì)于計(jì)算變遷，存在大于等于ー個(gè)變遷使能時(shí)，只激發(fā)級(jí)別最高的變遷；E、在計(jì)算變遷被激發(fā)后，其后續(xù)步驟中即使有采樣變遷使能也不被激發(fā)。步驟2、根據(jù)系統(tǒng)的控制規(guī)范，可編寫(xiě)滿足要求的PLC梯形圖程序，并進(jìn)ー步轉(zhuǎn)換成普通Petri網(wǎng)，根據(jù)普通Petri網(wǎng)及其初始標(biāo)識(shí)生成符合PLC工作機(jī)理的可達(dá)圖，具體包括如下步驟步驟21、用E表示可達(dá)圖中的端點(diǎn)集合，其中，E=Enew U Eold, Enew為待檢測(cè)端點(diǎn)集合，Etjld為已檢測(cè)端點(diǎn)集合；用e pm表不有向弧集合；Wpix;表不有向弧的標(biāo)簽集合；MPIX表不所求狀態(tài)集合;M‘表示待檢測(cè)狀態(tài)集合噸表示初始狀態(tài)；令Enew= {mj，EnU=0 ^prc = 0，mPf C=0 Mde =^> Mplc= {m0}；步驟22、若ネ0那Enew不為空集，則執(zhí)行步驟23，否則，若Enew為空集，則算法結(jié)束；步驟23、令Mde。= MdJleJ，即選取Enew中任一元素作為PLC程序的ー個(gè)新的エ作周期的起始狀態(tài)，并標(biāo)記為待檢測(cè)狀態(tài)，用符號(hào)“nw”表示；若1- t 0，即存在待檢測(cè)狀態(tài)，則選取Mdec中任一元素，執(zhí)行步驟24，否則執(zhí)行步驟224 ；步驟24、若狀態(tài)mde。下存在使能變遷t，則執(zhí)行步驟26，否則執(zhí)行步驟25 ；步驟25、若 mdec G Enew,即 mdec 是待檢測(cè)端點(diǎn)，則 Mdec=Mdec- {mdec}，Enew=Enew- {mdec}，Eold=Eold+ {mdec}，即擦去當(dāng)前狀態(tài)的“待檢測(cè)端點(diǎn)”及“待檢測(cè)狀態(tài)”標(biāo)記并標(biāo)記為“已檢測(cè)端點(diǎn)”，返回步驟22,否則Mdec=Mdec- {mdec}，Enew=Enew+ {mdec}，即擦去待檢測(cè)狀態(tài)標(biāo)記,并標(biāo)記為待檢測(cè)端點(diǎn)，返回步驟23;步驟26、根據(jù)步驟I中定義規(guī)則(I)至(4)，對(duì)使能變遷t分類并劃分優(yōu)先級(jí)；步驟27、若mde。是待檢測(cè)端點(diǎn)，即mde。E Enew,則執(zhí)行步驟28，否則執(zhí)行步驟29 ；步驟28、對(duì)于每ー個(gè)在mde。下使能的變遷t，執(zhí)行 步驟28.1激發(fā)變遷t，生成新標(biāo)識(shí)m'；步驟28. 2若m'與已存在的狀態(tài)m"標(biāo)識(shí)相同且m" G Mplc,則執(zhí)行步驟28. 3，否則執(zhí)行步驟28. 4 ；步驟28. 3 e PLC = e PLC+{(mdec,m" )}, wPLC (mdec,m" ) = t。即從 mdec 到 m"畫(huà)一條有向弧，并用t標(biāo)記。返回步驟28;步驟28. 4 e pLC = e PLC+ {(mdec, m' )}，wPLC (mdec, m' ) =t，Mdec = Mdec+ {m' }，Mplc =Mplc+{m^ }。即從mde。到m'畫(huà)一條有向弧，用t標(biāo)記，并將m'分別標(biāo)記為待檢測(cè)狀態(tài)和所求狀態(tài)；步驟29、Mdec=Mdec- {mdec},即擦去當(dāng)前狀態(tài)的待檢測(cè)標(biāo)記。返回步驟23 ；步驟210、若mde。是由采樣變遷t激發(fā)后生成的，則執(zhí)行步驟211，否則執(zhí)行步驟215 ；步驟211、對(duì)于每ー個(gè)在mde。下使能的采樣變遷t'，執(zhí)行步驟211.1若t'的優(yōu)先級(jí)低于t的優(yōu)先級(jí)，則激發(fā)變遷t'，生成新標(biāo)識(shí)m'，否則返回步驟211 ；步驟211.2.111'與已存在的狀態(tài)m"標(biāo)識(shí)相同且m" G MPw則執(zhí)行步驟211. 3，否則執(zhí)行步驟211. 4; 步驟211.3 ePLC= e PLC+{(mdec, m" )}，wPLC(mdec，m" )=t,，即從 mdec;到 m"畫(huà)一條有向弧，并用t標(biāo)記，返回步驟211;步驟 211. 4 e PLC = e PLC+ {(mdec, m' )}，wPLC (mdec, m' )=t, Mdec=Mdec+ {m' }，Mplc =Mplc+{m ^ }，即從Hitte到m'畫(huà)一條有向弧，用t標(biāo)記，并將m'分別標(biāo)記為待檢測(cè)狀態(tài)和所求狀態(tài)，返回步驟211 ；步驟212、若mde。下存在使能的計(jì)算變遷t'，則激發(fā)使能的計(jì)算變遷中優(yōu)先級(jí)最高的那ー個(gè)t_，生成新標(biāo)識(shí)m';否則執(zhí)行步驟216 ；步驟213、若m'與已存在的狀態(tài)m"標(biāo)識(shí)相同且m" G Mm，則執(zhí)行步驟214，否則執(zhí)行步驟215 ；步驟214、若mde。的生成路徑上只有ー個(gè)端點(diǎn)，則從mde。到m"畫(huà)一條有向弧，并用tD1M標(biāo)記，形成回路，此時(shí)，競(jìng)態(tài)raCe =し算法結(jié)束；否則ePLC= ￡ PLC+ { (mdec. m ；/ H，wPLC (mdec. m；/ )=tmM，即從mde。到m"畫(huà)一條有向弧，并用tmax標(biāo)記,執(zhí)行步驟2 16 ；步驟215、e PLC = e PLC+ {(mdec, m' )}，wPLC (mdec, m' ) = t眶，Mdec=Mdec+ {m, }，Mplc=Mplc+{m^ }，即從到m'畫(huà)一條有向弧，用標(biāo)記，并將m'分別標(biāo)記為待檢測(cè)狀態(tài)和所求狀態(tài)，執(zhí)行步驟216 ；步驟216、若mde。下無(wú)使能變遷t',且mde。不是端點(diǎn)，則Enew=Enew+ ImdeJ ,即標(biāo)記mdec為待檢測(cè)端點(diǎn)，否則執(zhí)行步驟217 ；步驟217、若Mdee=Mdee-1mdeJ ,即擦去mde。的待檢測(cè)標(biāo)記,返回步驟23 ；步驟218、若mde。下存在使能的采樣變遷t,則Mdee=Mdee-1mdeJ ,即擦去當(dāng)前狀態(tài)待檢測(cè)標(biāo)記；否則執(zhí)行步驟220 ；步驟219、若mde。不是端點(diǎn),則Enew=Enew+ {mdec},即標(biāo)記mde。為待檢測(cè)端點(diǎn),返回步驟23 ;否則直接返回步驟23 ；步驟220、激發(fā)使能的計(jì)算變遷中優(yōu)先級(jí)最高的那ー個(gè)，生成新標(biāo)識(shí)m'。若m/與已存在的狀態(tài)m"標(biāo)識(shí)相同且m" G Ma。，則執(zhí)行步驟221 ;否則執(zhí)行步驟222 ;步驟221、若mde。的生成路徑上只有ー個(gè)端點(diǎn)，則從Hidec^ljm"畫(huà)一條有向弧，并用tD1M標(biāo)記，形成回路，此時(shí)競(jìng)態(tài)raCe=l，算法結(jié)束；否則，令ePLC= ￡ PLC+ { (mdec. m ；/ H，wPLC (mdec. m；/ )=tmM，即從mde。到m"畫(huà)一條有向弧，并用tmax標(biāo)記,執(zhí)行步驟223 ；步驟222、e PLC = e PLC+ {(mdec, m' )}, wPLC (mdec, m' ) = t眶，Mdec=Mdec+ {m' }，Mplc=Mplc+{m^ }，即從到m'畫(huà)一條有向弧，用標(biāo)記，并將m'分別標(biāo)記為待檢測(cè)狀態(tài)和所求狀態(tài)，執(zhí)行步驟225 ；
步驟223、Mdec=Mdee-1mdecJ，即擦去當(dāng)前狀態(tài)“待檢測(cè)狀態(tài)”標(biāo)記，返回步驟23 ；步驟224、Enew=Enew-{mde。}, Eold = Eold+ {mdec},即擦去當(dāng)前狀態(tài)“待檢測(cè)端點(diǎn)”標(biāo)記，標(biāo)記為“已檢測(cè)端點(diǎn)”，返回步驟22 ；步驟3、若步驟2輸出ー個(gè)具有可逆性的可達(dá)圖，圖中的每ー個(gè)標(biāo)識(shí)都代表著系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的某ー狀態(tài)，每一條生成路徑都描述了系統(tǒng)在某一狀態(tài)后的演化過(guò)程，也就是PLC程序在不同的輸入條件吋，對(duì)應(yīng)的不同輸出結(jié)果，則PLC程序中不存在競(jìng)態(tài)race ;若步驟2輸出ー個(gè)存在自回路的不可逆的、不完整的可達(dá)圖，則PLC程序中存在競(jìng)態(tài)race。以上所述，僅是本發(fā)明較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍作任何限制，故凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何細(xì)微修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)PLC梯形圖程序中是否存在競(jìng)態(tài)的方法，其特征在于包括如下步驟步驟1、定義規(guī)則(1)采樣變遷及同地址采樣變遷把開(kāi)關(guān)量或者觸點(diǎn)這類輸入量模擬為一對(duì)真假庫(kù)所， 而且在這對(duì)真假庫(kù)所中添加了一對(duì)連接變遷，把這樣的一類連接變遷定義為采樣變遷，記做Tsample,并且這對(duì)連接變遷彼此互為同地址采樣變遷；(2)采樣變遷中的優(yōu)先級(jí)按照PLC梯形圖中每個(gè)開(kāi)關(guān)量或者觸點(diǎn)的物理地址的先后順序，將普通Petri網(wǎng)中每個(gè)開(kāi)關(guān)量或者觸點(diǎn)對(duì)應(yīng)的結(jié)點(diǎn)劃分優(yōu)先級(jí)，進(jìn)而根據(jù)結(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)來(lái)劃分結(jié)點(diǎn)中每對(duì)采樣變遷的優(yōu)先級(jí)，把優(yōu)先級(jí)高的采樣變遷記做th且th e Tsample, 把優(yōu)先級(jí)低的采樣變遷記做h且& e Tsample,同地址的兩個(gè)采樣變遷優(yōu)先級(jí)相同；(3)計(jì)算變遷把輔助繼電器或者線圈這類輸出量模擬為一對(duì)真假庫(kù)所，而且根據(jù)路徑和割集的概念添加了連接變遷，把這樣的一類連接變遷定義為計(jì)算變遷，記做Tramputo ；(4)計(jì)算變遷中的優(yōu)先級(jí)如果用戶使用的程序是梯形圖程序，那么PLC在程序執(zhí)行階段，總是按照先上后下、從左至右的順序進(jìn)行掃描，程序中的輸出量也是按照這個(gè)順序發(fā)生變化的，按照這個(gè)順序?qū)⒊绦蛑休敵隽繉?duì)應(yīng)的結(jié)點(diǎn)劃分優(yōu)先級(jí)，進(jìn)而確定與每個(gè)輸出量變化相關(guān)的計(jì)算變遷的優(yōu)先級(jí)，把最高級(jí)別的計(jì)算變遷標(biāo)識(shí)記做tmax且t e Tcoffl ；(5)標(biāo)識(shí)的使能變遷和生成變遷對(duì)于標(biāo)識(shí)m，如果有一個(gè)變遷t可以被激發(fā)，激發(fā)后產(chǎn)生標(biāo)識(shí)m'，此過(guò)程可表示為，變遷t稱為標(biāo)識(shí)m的使能變遷，記做mdec;[t>，變遷t 稱為標(biāo)識(shí)m'的生成變遷，記做[t>m'；(6)端點(diǎn)對(duì)于標(biāo)識(shí)m，如果在新的變遷激發(fā)規(guī)則下不存在使能變遷，把這樣的標(biāo)識(shí)稱為端點(diǎn)，記做端點(diǎn)e e E,用E表示可達(dá)圖中的端點(diǎn)集合；(7)生成路徑從端點(diǎn)出發(fā)到標(biāo)識(shí)m的一條有向路徑，稱為標(biāo)識(shí)m的生成路徑；(8)新的變遷激發(fā)規(guī)則A、普通Petri網(wǎng)變遷激發(fā)規(guī)則同樣適用于新的變遷激發(fā)規(guī)則中；B、對(duì)于采樣變遷，在低級(jí)別變遷激發(fā)后，高級(jí)別變遷即使使能也不再激發(fā)；C、對(duì)于采樣變遷，同地址的一對(duì)變遷中，若有一個(gè)激發(fā)，那么下一步中與其相對(duì)應(yīng)的另一個(gè)即使使能也不再激發(fā)；D、對(duì)于計(jì)算變遷，存在大于等于一個(gè)變遷使能時(shí)，只激發(fā)級(jí)別最高的變遷；E、在計(jì)算變遷被激發(fā)后，其后續(xù)步驟中即使有采樣變遷使能也不被激發(fā)；步驟2、根據(jù)系統(tǒng)的控制規(guī)范，可編寫(xiě)滿足要求的PLC梯形圖程序，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成普通Petri網(wǎng)，根據(jù)普通Petri網(wǎng)及其初始標(biāo)識(shí)生成符合PLC工作機(jī)理的可達(dá)圖，具體包括如下步驟步驟21、用E表示可達(dá)圖中的端點(diǎn)集合，其中，E=Emw U Eold, Enrat為待檢測(cè)端點(diǎn)集合， Etjld為已檢測(cè)端點(diǎn)集合；用ε PLC表示有向弧集合；ωριχ表示有向弧的標(biāo)簽集合;ΜΡΙΧ表示所求狀態(tài)集合；Μ_表示待檢測(cè)狀態(tài)集合噸表示初始狀態(tài)；令Enew=ImJ, EoM=0 ,Spjc = 0， ωΡΙΓ=0 Mjec=0, Mplc= {m0}；步驟22、若本0，則執(zhí)行步驟23，否則，若Enrat為空集，則算法結(jié)束；步驟23、令Mde。= Mdec+{enJ，即選取Emw中任一元素作為PLC程序的一個(gè)新的工作周期的起始狀態(tài)，并標(biāo)記為待檢測(cè)狀態(tài)，用符號(hào)“nw”表示；若Μ-# 0，則選取Mde。中任一元素，執(zhí)行步驟24，否則執(zhí)行步驟224 ；步驟24、若狀態(tài)mde。下存在使能變遷t，則執(zhí)行步驟26，否則執(zhí)行步驟25 ；步驟 25、若 mdec e Enew,即 mde。是待檢測(cè)端點(diǎn)，則 Mdec=Mdee-{mde。}，Enew=Enew- {mdec}，Eold = Edd+lnw}，即擦去當(dāng)前狀態(tài)的“待檢測(cè)端點(diǎn)”及“待檢測(cè)狀態(tài)”標(biāo)記并標(biāo)記為“已檢測(cè)端點(diǎn)”， 返回步驟22,否則Mdee=Mdee-1mdeJ , Enew=Enew+ {mdec},即擦去待檢測(cè)狀態(tài)標(biāo)記,并標(biāo)記為待檢測(cè)端點(diǎn)，返回步驟23 ；步驟26、根據(jù)步驟I中定義規(guī)則(I)至(4)，對(duì)使能變遷t分類并劃分優(yōu)先級(jí)；步驟27、若mde。是待檢測(cè)端點(diǎn)，即mde。e Enew,則執(zhí)行步驟28，否則執(zhí)行步驟29 ；步驟28、對(duì)于每一個(gè)在mde。下使能的變遷t，執(zhí)行 步驟28.1激發(fā)變遷t,生成新標(biāo)識(shí)m'；步驟28.2若m'與已存在的狀態(tài)m"標(biāo)識(shí)相同且m" e ，則執(zhí)行步驟28. 3，否則執(zhí)行步驟28. 4 ；步驟 28. 3 ε PLC = ε PLC+{(mdec，m" )}, wPLC(mdec,m" ) = t。即從 mdec 到 m"畫(huà)一條有向弧，并用t標(biāo)記，返回步驟28 ；步驟 28. 4 ε PLC = ε PLC+ {(mdec, m ' )}，wPLC(mdec, m ' )=t, Mdec = Mdec+ {m ' }，Mplc = Mplc+(Hii }，即從畫(huà)一條有向弧，用t標(biāo)記，并將m'分別標(biāo)記為待檢測(cè)狀態(tài)和所求狀態(tài)；步驟29、Mdec=Mdee-1mdeJ，即擦去當(dāng)前狀態(tài)的待檢測(cè)標(biāo)記，返回步驟23 ；步驟210、若Hitte是由采樣變遷t激發(fā)后生成的，則執(zhí)行步驟211，否則執(zhí)行步驟215 ； 步驟211、對(duì)于每一個(gè)在Hitte下使能的采樣變遷t'，執(zhí)行步驟211.1若t'的優(yōu)先級(jí)低于t的優(yōu)先級(jí)，則激發(fā)變遷t'，生成新標(biāo)識(shí)m，否則返回步驟211 ；步驟211.2若m'與已存在的狀態(tài)m"標(biāo)識(shí)相同且m" e Μ.，則執(zhí)行步驟211. 3，否則執(zhí)行步驟211.4 ;步驟 211·3εΡΙΧ= ε PLC+{(mdec，m" )}，wPLC(mdec, m" )=t'，即從 mdec 到 m"畫(huà)一條有向弧，并用t標(biāo)記，返回步驟211;步驟 211· 4 ε PLC = ε PLC+ {(mdec, m/ )}，wPLC (mdec, m/ ) =t，Mdec=Mdec+ {m' }，Mplc = MPLC+} m'畫(huà)一條有向弧，用t標(biāo)記，并將m'分別標(biāo)記為待檢測(cè)狀態(tài)和所求狀態(tài)，返回步驟211 ；步驟212、若mde;。下存在使能的計(jì)算變遷t',則激發(fā)使能的計(jì)算變遷中優(yōu)先級(jí)最高的那一個(gè)tmax，生成新標(biāo)識(shí)m';否則執(zhí)行步驟216 ；步驟213、若m'與已存在的狀態(tài)m"標(biāo)識(shí)相同且m" e ，則執(zhí)行步驟214，否則執(zhí)行步驟215 ；步驟214、若mde。的生成路徑上只有一個(gè)端點(diǎn)，則從mde。到m"畫(huà)一條有向弧，并用tmax 標(biāo)記，形成回路，此時(shí)，競(jìng)態(tài)race = I,算法結(jié)束；否則ε ριχ; = ε PLC+{(mdec, m;/ )} ,wPLC (mdec, m" ) = tmax,即從mde;。到m"畫(huà)一條有向弧,并用tmax標(biāo)記,執(zhí)行步驟216 ；步驟 215、ePLC= ε PLC+ {(mdec, m/ )}，wPLC (mdec, m/ ) = tmax, Mdec=Mdec+ {m, }，Mplc = M似+{V }，即從mde。到m'畫(huà)一條有向弧，用tmax標(biāo)記，并將m'分別標(biāo)記為待檢測(cè)狀態(tài)和所求狀態(tài)，執(zhí)行步驟216 ；步驟216、若mde。下無(wú)使能變遷t',且mde。不是端點(diǎn)，則Enew=Enew+ ImdeJ ,即標(biāo)記mdec;為待檢測(cè)端點(diǎn)，否則執(zhí)行步驟217 ；步驟217、若Mdec=Mdee-1mdecJ，即擦去mde。的待檢測(cè)標(biāo)記，返回步驟23 ；步驟218、若mde;。下存在使能的采樣變遷t,則Mtte = Mdec- {mdec},即擦去當(dāng)前狀態(tài)待檢測(cè)標(biāo)記；否則執(zhí)行步驟220 ；步驟219、若mde。不是端點(diǎn)，則Enew=Enew+{mde。},即標(biāo)記mde。為待檢測(cè)端點(diǎn)，返回步驟23 ； 否則直接返回步驟23;步驟220、激發(fā)使能的計(jì)算變遷中優(yōu)先級(jí)最高的那一個(gè)tmax，生成新標(biāo)識(shí)m';若!11'與已存在的狀態(tài)m"標(biāo)識(shí)相同且m" e Μ.，則執(zhí)行步驟221，否則執(zhí)行222 ;步驟221、若mde。的生成路徑上只有一個(gè)端點(diǎn)，則從Hidec^ljm"畫(huà)一條有向弧，并用 tmax標(biāo)記，形成回路，此時(shí)競(jìng)態(tài)race=l,算法結(jié)束；否則，令ε ριχ = ε PLC+ {(mdec, m ;/ )}, wplc(mdec m；/ ) = tmax，即從mde。到m"畫(huà)一條有向弧,并用tmax標(biāo)記,執(zhí)行步驟223 ;步驟 222、ePLC= ε PLC+ {(mdec, m ' )}, wPLC (mdec, m ' ) = t眶，Mdec=Mdec+ {m ' }，Mplc = M似+{V }，即從mde。到m'畫(huà)一條有向弧，用tmax標(biāo)記，并將m'分別標(biāo)記為待檢測(cè)狀態(tài)和所求狀態(tài)，執(zhí)行步驟225 ；步驟223、Mdec=Mdee-1mdeJ，即擦去當(dāng)前狀態(tài)“待檢測(cè)狀態(tài)”標(biāo)記，返回步驟23 ；步驟224、Enew=Enew-{mde。}，Eold = Eold+ {mdec}，即擦去當(dāng)前狀態(tài)“待檢測(cè)端點(diǎn)”標(biāo)記,標(biāo)記為“已檢測(cè)端點(diǎn)”，返回步驟22;步驟3、若步驟2輸出一個(gè)具有可逆性的可達(dá)圖，圖中的每一個(gè)標(biāo)識(shí)都代表著系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的某一狀態(tài)，每一條生成路徑都描述了系統(tǒng)在某一狀態(tài)后的演化過(guò)程，則PLC程序中不存在競(jìng)態(tài)race ;若步驟2輸出一個(gè)存在自回路的不可逆的、不完整的可達(dá)圖，則PLC程序中存在競(jìng)態(tài)race。
全文摘要
本發(fā)明一種檢測(cè)PLC梯形圖程序中是否存在競(jìng)態(tài)的方法，通過(guò)計(jì)算普通Petri網(wǎng)的可達(dá)圖來(lái)確定待檢測(cè)程序中是否存在競(jìng)態(tài)，不僅可以一次性完成檢測(cè)工作，而且可以讓程序員清晰、直觀地從可達(dá)圖中直接發(fā)現(xiàn)程序中隱含的邏輯錯(cuò)誤，同時(shí)檢測(cè)的每個(gè)步驟都可以由計(jì)算機(jī)完成，所以在效率上也更加突出，并達(dá)到自動(dòng)化的標(biāo)準(zhǔn)。
文檔編號(hào)G05B19/05GK103019233SQ20121056479
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者齊鵬飛, 羅繼亮, 陳雪琨 申請(qǐng)人:華僑大學(xué)