基于Petri网的PLC在线故障诊断方法

摘要

本发明一种基于Petri网的PLC在线故障诊断方法，针对PLC传感器和执行结构中出现的故障问题，首先，建立PLC对象的规范普通Petri网模型；其次，提出该普通Petri网模型的严格最小库所不变量和特征库所不变量集合，从而借助特征库所不变量集合描述普通Petri网模型的结构信息；再次，基于特征库所不变量集合，提出任意当前标识的故障函数，利用故障诊断函数完成故障识别和定位。由于本发明采用了系统结构信息，无需遍历系统状态空间，降低了计算的复杂性，能够满足实时性的要求，利于工程应用。

主权项

1.一种基于Petri网的PLC在线故障诊断方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1、输入系统运行的PLC程序；步骤2、将给定的PLC程序转化为相应的普通Petri网模型N，给出初始标识m₀和任意标识m；步骤3、求出普通Petri网模型N的关联矩阵D，该关联矩阵D表征着网结构中各结点之间的关系；步骤4、利用方程y·D=0，其中向量y表示库所不变量，计算一个特征库所不变量集合Y={y₁,y₂,…,y_k}，k=1,2,…，其中y₁到y_k为y·D=0的一个基础解系；步骤5、判断y_i·m=y_i·m₀等式是否成立，i=1,2,…,k；如果所有等式均成立，则没有故障发生，退出算法；否则，执行步骤6；步骤6、计算故障矩阵T(m)，其中：$T{\left(m\right)}_{i,j}=\left\{\begin{array}{cc}1,& y_i·m\ne y_i·m_0{^y}_i\left(p_j\right)\ne 0\\ 0,& y_i\left(p_j\right)=0\\ -1,& y_i·m=y_i·m_0^y_i\left(p_j\right)\ne 0\end{array}\right.,1\le i\le k,1\le j\le n;$从严格最小库所不变量y_i中可以获取非零列，即j列所对应的库所p_j所携带的系统信息，若在任意标识m下，库所间关系不满足严格最小库所不变量y_i，则在该严格最小库所不变量y_i中携带系统信息的库所p_j可能存在故障，记其T(m)_i,j为1；同理，若库所间关系满足严格最小库所不变量y_i，则该严格最小库所不变量y_i中携带系统信息的库所p_j无故障，记其T(m)_i,j为-1；而y_i中零列，即不体现系统信息的库所p_j的故障情况未知，记其T(m)_i,j为0；步骤7、计算故障函数λ_m，其中i=1,2,…,k，j=1,2,…n；步骤8、比较这n个库所的故障函数λ_m(p_j)，选出最大的λ_m(p_j)_max，则故障出现在第j个库所p_j的概率最大，第j个库所p_j对应PLC程序中的输入，判断故障的类型，是执行机构故障还是传感器故障，输出故障概率最大的传感器或执行机构，退出算法。