本發(fā)明專利技術(shù)一種檢測PLC梯形圖程序中是否存在競態(tài)的方法，通過計算普通Petri網(wǎng)的可達圖來確定待檢測程序中是否存在競態(tài)，不僅可以一次性完成檢測工作，而且可以讓程序員清晰、直觀地從可達圖中直接發(fā)現(xiàn)程序中隱含的邏輯錯誤，同時檢測的每個步驟都可以由計算機完成，所以在效率上也更加突出，并達到自動化的標準。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種檢測PLC (可編程邏輯控制器)程序中出現(xiàn)邏輯錯誤的方法，是針對PLC程序驗證的有力工具，確切地說，提出了一種檢測PLC梯形圖程序中是否存在競態(tài)的方法。
技術(shù)介紹
可編程邏輯控制器(PLC)廣泛地應用于航空航天、交通運輸、核電能、石油化工、電力和交通等安全苛求系統(tǒng)領域。傳統(tǒng)的PLC程序調(diào)試方法只能在語法、語義上進行檢測，無法識別出程序變量之間隱藏的邏輯錯誤，如，競態(tài)。所謂“競態(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)不斷重復變化的輸出值。例如，在一道加工程序中，控制機械臂抓取的程序中存在“競態(tài)”，那么，在工作中機械臂的直接表現(xiàn)為抓取的動作不穩(wěn)定，不斷地重復抓住、松開動作，這樣的錯誤會導致產(chǎn)品的加工出現(xiàn)非常嚴重的質(zhì)量問題，以及非常低的工作效率。目前已經(jīng)報道的檢測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“競態(tài)”，但在應用于較復雜程序時其本身的推導證明過程卻過于繁雜，會導致效率偏低，甚至提高錯誤率。如，Zhendong Su等人提出了基于ー種約束語言的“競態(tài)”檢測方法，該方法在檢測過程中并非一次性完成檢測工作，而是隨機選擇輸入值進行仿真，并且不斷重復這ー仿真過程直到檢測工作結(jié)束。雖然這種方法也可以達到檢測PLC程序中是否存在“競態(tài)”的目的，但是自身也存在缺陷1、檢測工作需多次實驗才能完成，工作效率偏低；2、由于需要多次重復仿真實驗，因此過多的人為工作量容易出現(xiàn)失誤，提高了錯誤率。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種檢測PLC梯形圖程序中是否存在競態(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誤。一種檢測PLC梯形圖程序中是否存在競態(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關(guān)量或者觸點這類輸入量模擬為一對真假庫所，而且在這對真假庫所中添加了ー對連接變遷，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)先級按照PLC梯形圖中每個開關(guān)量或者觸點的物理地址的先后順序，將普通Petri網(wǎng)中每個開關(guān)量或者觸點對應的結(jié)點劃分優(yōu)先級，進而根據(jù)結(jié)點的優(yōu)先級來劃分結(jié)點中每對采樣變遷的優(yōu)先級，把優(yōu)先級高的采樣變遷記做th且th G Tsample,把優(yōu)先級低的采樣變遷記做h且h G Tsafflple,同地址的兩個采樣變遷優(yōu)先級相同；(3)計算變遷把輔助繼電器或者線圈這類輸出量模擬為ー對真假庫所，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算變遷，記做Trampute ；(4)計算變遷中的優(yōu)先級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、從左至右的順序進行掃描，程序中的輸出量也是按照這個順序發(fā)生變化的，按照這個順序?qū)⒊绦蛑休敵隽繉慕Y(jié)點劃分優(yōu)先級，進而確定與每個輸出量變化相關(guān)的計算變遷的優(yōu)先級，把最高級別的計算變遷標識記做t_且t G Tcoffl ；(5)標識的使能變遷和生成變遷對于標識m，如果有ー個變遷t可以被激發(fā)，激發(fā)后產(chǎn)生標識m'，此過程可表示為m[t >m'，變遷t稱為標識m的使能變遷，記做md6。[t >，變遷t稱為標識m'的生成變遷,記做[t > m'；(6)端點對于標識m，如果在新的變遷激發(fā)規(guī)則下不存在使能變遷，把這樣的標識稱為端點，記做端點e G E,用E表示可達圖中的端點集合； (7)生成路徑從端點出發(fā)到標識m的一條有向路徑，稱為標識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、對于采樣變遷，在低級別變遷激發(fā)后，高級別變遷即使使能也不再激發(fā)；C、對于采樣變遷，同地址的ー對變遷中，若有一個激發(fā)，那么下一歩中與其相對應的另ー個即使使能也不再激發(fā)；D、對于計算變遷，存在大于等于ー個變遷使能時，只激發(fā)級別最高的變遷；E、在計算變遷被激發(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，可編寫滿足要求的PLC梯形圖程序，并進ー步轉(zhuǎn)換成普通Petri網(wǎng)，根據(jù)普通Petri網(wǎng)及其初始標識生成符合PLC工作機理的可達圖，具體包括如下步驟步驟21、用E表示可達圖中的端點集合，其中，E=Enew U Eold, Enew為待檢測端點集合，Etjld為已檢測端點集合；用e pm表不有向弧集合；Wpix;表不有向弧的標簽集合；MPIX表不所求狀態(tài)集合;Mdf；。表示待檢測狀態(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程序的ー個新的エ作周期的起始狀態(tài)，并標記為待檢測狀態(tài)，用符號“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。是待檢測端點，則 Mdee = Mdec- {mdec}，Enew=Enew- {mdec}，Eold = Eold+{mdec}，即擦去當前狀態(tài)的“待檢測端點”及“待檢測狀態(tài)”標記并標記為“已檢測端點”，返回步驟22,否則Mdec=Mdec- {mdec}，Enew=Enew+ {mdec}，即擦去待檢測狀態(tài)標記,并標記為待檢測端點，返回步驟23;步驟26、根據(jù)步驟I中定義規(guī)則(I)至(4)，對使能變遷t分類并劃分優(yōu)先級；步驟27、若mde。是待檢測端點，即mde。E Enew,則執(zhí)行步驟28，否則執(zhí)行步驟29 ；步驟28、對于每ー個在mde。下使能的變遷t，執(zhí)行 步驟28.1激發(fā)變遷t，生成新標識m'；步驟28. 2若m'與已存在的狀態(tài)m標識相同且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畫一條有向弧，并用t標記，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'畫一條有向弧，用t標記，并將m'分別標記為待檢測狀態(tài)和所求狀態(tài)；步驟29、Mdee = Mdee-1mdeJ ,即擦去當前狀態(tài)的待檢測標記,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、對于每ー個在mde。下使能的采樣變遷t'，執(zhí)行步驟211.1若t'的優(yōu)先級低于t的優(yōu)先級，則激發(fā)變遷t'，生成新標識m'，否則返回步驟211 ；步驟211.2.111'與已存在的狀態(tài)m標識相同且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 )本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種檢測PLC梯形圖程序中是否存在競態(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：把開關(guān)量或者觸點這類輸入量模擬為一對真假庫所，而且在這對真假庫所中添加了一對連接變遷，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：按照PLC梯形圖中每個開關(guān)量或者觸點的物理地址的先后順序，將普通Petri網(wǎng)中每個開關(guān)量或者觸點對應的結(jié)點劃分優(yōu)先級，進而根據(jù)結(jié)點的優(yōu)先級來劃分結(jié)點中每對采樣變遷的優(yōu)先級,把優(yōu)先級高的采樣變遷記做th且th∈Tsample，把優(yōu)先級低的采樣變遷記做tl且tl∈Tsample，同地址的兩個采樣變遷優(yōu)先級相同；（3）計算變遷：把輔助繼電器或者線圈這類輸出量模擬為一對真假庫所，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算變遷，記做Tcompute；（4）計算變遷中的優(yōu)先級：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、從左至右的順序進行掃描，程序中的輸出量也是按照這個順序發(fā)生變化的，按照這個順序?qū)⒊绦蛑休敵隽繉慕Y(jié)點劃分優(yōu)先級，進而確定與每個輸出量變化相關(guān)的計算變遷的優(yōu)先級，把最高級別的計算變遷標識記做：tmax且t∈Tcom；（5）標識的使能變遷和生成變遷：對于標識m，如果有一個變遷t可以被激發(fā)，激發(fā)后產(chǎn)生標識m′，此過程可表示為m[t>m′，變遷t稱為標識m的使能變遷，記做mdec[t>，變遷t稱為標識m′的生成變遷，記做[t>m′；（6）端點：對于標識m，如果在新的變遷激發(fā)規(guī)則下不存在使能變遷，把這樣的標識稱為端點，記做端點e∈E，用E表示可達圖中的端點集合；（7）生成路徑：從端點出發(fā)到標識m的一條有向路徑，稱為標識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、對于采樣變遷，在低級別變遷激發(fā)后，高級別變遷即使使能也不再激發(fā)；C、對于采樣變遷，同地址的一對變遷中，若有一個激發(fā)，那么下一步中與其相對應的另一個即使使能也不再激發(fā)；D、對于計算變遷，存在大于等于一個變遷使能時，只激發(fā)級別最高的變遷；E、在計算變遷被激發(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，可編寫滿足要求的PLC梯形圖程序,并進一步轉(zhuǎn)換成普通Petri網(wǎng)，根據(jù)普通Petri網(wǎng)及其初始標識生成符合PLC工作機理的可達圖，具體包括如下步驟：步驟21、用E表示可達圖中的端點集合，其中，E=Enew∪Eold，Enew為待檢測端點集合，Eold為已檢測端點集合；用εPLC表示有向弧集合；ωPLC表示有向弧的標簽集合；MPLC表示所求狀態(tài)集合；Mdec表示待檢測狀態(tài)集合；m0表示初始狀態(tài)；令Enew={m0},MPLC={m0}；步驟22、若則執(zhí)行步驟23，否則，若Enew為空集，則算法結(jié)束；步驟23、令Mdec＝Mdec+{enew}，即選取Enew中任一元素作為PLC程序的一個新的工作周期的起始狀態(tài)，并標記為待檢測狀態(tài)，用符號“mdec”表示；若則選取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)mdec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∈Enew，即mdec是待檢測端點，則Mdec=Mdec?{mdec}，Enew=Enew?{mdec}，Eold＝Eold+{mdec}，即擦去當前狀態(tài)的“待檢測端點”及“待檢測狀態(tài)”標記并標記為“已檢測端點”，返回步驟22，否則Mdec=Mdec?{mdec}，Enew=Enew+{mdec}，即擦去待檢測狀態(tài)標記，并標記為待檢測端點，返回步驟23；步驟26、根據(jù)步驟1中定義規(guī)則（1）至（4），對使能變遷t分類并劃分優(yōu)先級；步驟27、若mdec是待檢測端點，即mdec∈Enew，則執(zhí)行步驟28，否則執(zhí)行步驟29；步驟28、對于每一個在mdec下使能的變遷t，執(zhí)行：步驟28.1激發(fā)變遷t，生成新標識m′；步驟28.2若m′與已存在的狀態(tài)m″標識相同且m″∈MPLC，則執(zhí)行步驟28.3，否則執(zhí)行步驟28.4；步驟28.3εPLC＝εPLC+{(mdec,m″)}，wPLC(mdec，m″)＝t。即從mdec到m″畫一條有向弧，并用t標記，返回步驟28；步驟28.4εPLC＝εPLC+{(mdec,m′)}，wPLC(mdec,m′)=t，Mdec＝Mdec+{m′}，MPLC＝MPLC+{m′}，即從mdec到m′畫...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種檢測PLC梯形圖程序中是否存在競態(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關(guān)量或者觸點這類輸入量模擬為一對真假庫所， 而且在這對真假庫所中添加了一對連接變遷，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)先級按照PLC梯形圖中每個開關(guān)量或者觸點的物理地址的先后順序，將普通Petri網(wǎng)中每個開關(guān)量或者觸點對應的結(jié)點劃分優(yōu)先級，進而根據(jù)結(jié)點的優(yōu)先級來劃分結(jié)點中每對采樣變遷的優(yōu)先級，把優(yōu)先級高的采樣變遷記做th且th e Tsample, 把優(yōu)先級低的采樣變遷記做h且& e Tsample,同地址的兩個采樣變遷優(yōu)先級相同；(3)計算變遷把輔助繼電器或者線圈這類輸出量模擬為一對真假庫所，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算變遷，記做Tramputo ；(4)計算變遷中的優(yōu)先級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、從左至右的順序進行掃描，程序中的輸出量也是按照這個順序發(fā)生變化的，按照這個順序?qū)⒊绦蛑休敵隽繉慕Y(jié)點劃分優(yōu)先級，進而確定與每個輸出量變化相關(guān)的計算變遷的優(yōu)先級，把最高級別的計算變遷標識記做tmax且t e Tcoffl ；(5)標識的使能變遷和生成變遷對于標識m，如果有一個變遷t可以被激發(fā)，激發(fā)后產(chǎn)生標識m'，此過程可表示為，變遷t稱為標識m的使能變遷，記做mdec;[t>，變遷t 稱為標識m'的生成變遷，記做[t>m'；(6)端點對于標識m，如果在新的變遷激發(fā)規(guī)則下不存在使能變遷，把這樣的標識稱為端點，記做端點e e E,用E表示可達圖中的端點集合；(7)生成路徑從端點出發(fā)到標識m的一條有向路徑，稱為標識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、對于采樣變遷，在低級別變遷激發(fā)后，高級別變遷即使使能也不再激發(fā)；C、對于采樣變遷，同地址的一對變遷中，若有一個激發(fā)，那么下一步中與其相對應的另一個即使使能也不再激發(fā)；D、對于計算變遷，存在大于等于一個變遷使能時，只激發(fā)級別最高的變遷；E、在計算變遷被激發(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，可編寫滿足要求的PLC梯形圖程序，并進一步轉(zhuǎn)換成普通Petri網(wǎng)，根據(jù)普通Petri網(wǎng)及其初始標識生成符合PLC工作機理的可達圖，具體包括如下步驟步驟21、用E表示可達圖中的端點集合，其中，E=Emw U Eold, Enrat為待檢測端點集合， Etjld為已檢測端點集合；用ε PLC表示有向弧集合；ωριχ表示有向弧的標簽集合;ΜΡΙΧ表示所求狀態(tài)集合；Μ_表示待檢測狀態(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程序的一個新的工作周期的起始狀態(tài)，并標記為待檢測狀態(tài)，用符號“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。是待檢測端點，則 Mdec=Mdee-{mde。}，Enew=Enew- {mdec}，Eold = Edd+lnw}，即擦去當前狀態(tài)的“待檢測端點”及“待檢測狀態(tài)”標記并標記為“已檢測端點”， 返回步驟22,否則Mdee=Mdee-1mdeJ , Enew=Enew+ {mdec},即擦去待檢測狀態(tài)標記,并標記為待檢測端點，返回步驟23 ；步驟26、根據(jù)步驟I中定義規(guī)則(I)至(4)，對使能變遷t分類并劃分優(yōu)先級；步驟27、若mde。是待檢測端點，即mde。e Enew,則執(zhí)行步驟28，否則執(zhí)行步驟29 ；步驟28、對于每一個在mde。下使能的變遷t，執(zhí)行 步驟28.1激發(fā)變遷t,生成新標識m'；步驟28.2若m'與已存在的狀態(tài)m標識相同且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畫一條有向弧，并用t標記，返回步驟28 ；步驟 2...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：齊鵬飛，羅繼亮，陳雪琨，
申請(專利權(quán))人：華僑大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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