基于Petri網的數控機床控制系統故障診斷方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于數字控制機床技術領域，特別涉及一種基于Petri網的數控機床控制 系統故障診斷方法。
【背景技術】
[0002] 數控技術又稱為CNC技術。隨著計算機技術的迅速發展，CNC技術已廣泛應用于機 械加工、一起制造等各種行業。數控機床是一種柔性的、高效能的自動化機床，代表了現代 機床控制技術的發展方向，是一種典型的機電一體化產品。
[0003] 然而，在數控機床控制系統中同樣也面臨著許多的故障問題。隨著工業控制、制造 系統的規模與結構復雜性迅速增長，出現了越來越多高性能、高效率、高精度的數控機床。 這些數控機床的軸數不斷增加，而每一軸都安裝有獨立的驅動裝置來實現多軸聯動的功 能，大多數的數控機床都選擇采用伺服電機作為驅動裝置。同時，每一軸上的傳感器數目也 不斷增加，以實現精確定位、限位繼電保護等功能。其中，限位繼電保護功能更顯得尤為重 要，任何工作都必須在確保安全的條件下進行。因此，確保數控機床每一軸的限位傳感器正 常工作是首要任務。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出一種基于Petri網的數控機床控制 系統故障診斷方法，該方法針對的是數控機床控制系統中的驅動裝置和限位傳感器所發生 的故障問題。這種方法首先建立以數控機床控制系統為對象的普通Petri網模型，然后根據 數控機床某一時刻的實際工作狀態與由其Petri網模型得到的狀態進行對比，判斷該時刻 是否有故障發生，若有故障發生，可進一步判斷是數控機床控制系統中哪一個驅動裝置或 傳感器出現故障。
[0005] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：
[0006] 一種基于Petri網的數控機床控制系統故障診斷方法，包括如下步驟：
[0007]根據停止、正轉和反轉工作狀態建立驅動裝置的Petri網模型；
[0008] 根據正向限位開關、反向限位開關、正向限位報警、反向限位報警和繼電器工作狀 態建立限位繼電保護模塊的Petri網模型；
[0009] 根據脈沖信號和符號信號工作狀態建立上位裝置的Petri網模型；
[0010]將驅動裝置、限位繼電保護模塊和上位裝置的Petri網模型進行并運算，建立數控 機床控制系統的Petr i網模型；
[0011]利用數控機床控制系統的Petri網模型對數控機床控制系統進行故障診斷。
[0012]進一步的，根據停止、正轉和反轉工作狀態建立驅動裝置的Petri網模型，包括：
[0013] 建立驅動裝置的庫所集合Pd，包括停止工作狀態庫所巧％、正轉工作狀態庫所只^ 和反轉工作狀態庫所
[0014] 建立驅動裝置從停止到正轉和從正轉到停止的變迀集合;并添加對應的有向弧集 合；
[0015] 建立驅動裝置從停止到反轉和從反轉到停止的變迀集合;并添加對應的有向弧集 合。
[0016] 進一步的，根據正向限位開關、反向限位開關、正向限位報警、反向限位報警、繼電 器工作狀態建立限位繼電保護模塊的Petri網模型，包括：
[0017] 建立限位繼電保護模塊的庫所集合Pl，包括正向限位開關斷開狀態庫所pn, off、正 向限位開關閉合狀態庫所ρη,〇η、反向限位開關斷開狀態庫所P12, off、反向限位開關閉合狀態 庫所P12, on、不存在正向限位報警庫所PAoff、存在正向限位報警庫所pal, on、不存在反向限位 報警庫所PA off、存在反向限位報警庫所PA on、繼電器斷開狀態庫所PWf和繼電器閉合狀 態庫所PK
[0018] 建立正向限位開關從斷開到閉合和從閉合到斷開的變迀集合;并添加對應的有向 弧集合；
[0019] 建立正向報警器從無報警到有報警和從有報警到無報警的變迀集合;并添加對應 的有向弧集合；
[0020] 建立反向限位開關從斷開到閉合和從閉合到斷開的變迀集合;并添加對應的有向 弧集合；
[0021] 建立反向報警器從無報警到有報警和從有報警到無報警的變迀集合;并添加對應 的有向弧集合；
[0022] 建立繼電器從斷開到閉合和從閉合到斷開的變迀集合;并添加對應的有向弧集 合。
[0023]進一步的，根據脈沖信號和符號信號工作狀態建立上位裝置的Petri網模型，包 括：
[0024]建立上位裝置的庫所集合Pp，包括表示上位裝置沒有脈沖信號輸出的庫所辦,避和 有脈沖信號輸出的庫所Pp, on、表不正符號信號的庫所P+和負符號信號的庫所P-、表不與驅動 裝置對應的伺服驅動器接收到正轉運行指令的庫所辦,on,+和反轉運行指令的庫所辦,on,-；
[0025] 建立上位裝置從沒有脈沖信號輸出到有脈沖信號輸出的變迀集合;并添加對應的 有向弧集合；
[0026] 建立上位裝置從高電平信號輸出到低電平信號輸出和從低電平信號輸出到高電 平信號輸出的變迀集合;并添加對應的有向弧集合；
[0027] 建立上位裝置輸出脈沖信號和高電平信號到伺服驅動器接收正轉運行指令的變 迀集合;并添加對應的有向弧集合；
[0028] 建立上位裝置從有脈沖信號輸出到沒有脈沖信號輸出的變迀集合;并添加對應的 有向弧集合。
[0029]進一步的，將驅動裝置的Petri網模型、限位繼電保護模塊的Petri網模型和上位 裝置的Petri網模型進行并運算，建立數控機床控制系統的Petri網模型，包括：
[0030 ]確定數控機床控制系統Pe tr i網模型的初始標識，所述初始標識表示Pe tr i網初始 時刻庫所中的托肯數；
[0031]將驅動裝置、限位繼電保護模塊和上位裝置的Petri網模型進行并運算，得到數控 機床控制系統普通Petri網模型~=(?，1'^)，其中？表示庫所集合，1'表示變迀集合^表示有 向弧集合。
[0032]進一步的，利用數控機床控制系統的Petri網模型對數控機床控制系統進行故障 診斷，包括：
[0033]步驟1，計算數控機床控制系統Petri網模型的關聯矩陣；
[0034] 步驟2,檢測系統狀態信號是否發生改變，若發生改變，轉步驟3;否則，重復步驟2;
[0035] 步驟3,獲取數控機床控制系統當前時刻狀態，比較系統當前時刻狀態與前一時刻 的狀態，判斷發生改變的系統狀態信號；
[0036]步驟4，由系統當前時刻狀態獲得數控機床控制系統Petri網模型當前時刻的標 識；
[0037]步驟5,利用Petri網的狀態方程計算出數控機床在系統狀態信號發生改變后的到 達標識；
[0038]步驟6,判斷數控機床控制系統Petri網模型當前時刻的標識是否與所述到達標識 相同，若相同，返回步驟2;否則，轉步驟7;
[0039] 步驟7,根據數控機床控制系統Petri網模型當前時刻的標識，判斷故障發生的原 因。
[0040] 進一步的，所述到達標識計算公式如下：
[0041 ] m' [k] =m[k_l]+C · δ，且m[k_l] 2 C-(:，δ)
[0042]其中，π/ [k]表示所述到達標識，m[k-l]表示數控機床控制系統Petri網模型前一 時刻的標識，C表示所述關聯矩陣，δ表示所述系統狀態信號。
[0043]進一步的，所述步驟6中，若數控機床控制系統Petri網模型當前時刻的標識與所 述到達標識相同，將模型當前時刻的標識賦值給前一時刻的標識;并將系統當前時刻狀態 賦值給前一時刻的狀態。
[0044] 本發明一種數控機床控制系統的故障診斷方法，實現了通過Petri網模型對數控 機床進行故障的診斷及分析，確保驅動裝置和傳感器正常工作，進而保證數控機床控制系 統安全運作。
[0045] 以下結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明，但本發明的一種基于Petri 網的數控機床控制系統故障診斷方法不局限于實施例。
【附圖說明】
[0046] 圖1是本發明方法的流程示意圖；
[0047]圖2是本發明數控機床控制系統的Petri網模型；
[0048]圖3是本發明實施例中石材加工機床控制系統簡圖；
[0049]圖4是本發明實施例中石材加工機床控制系統的Petr i網模型。
【具體實施方式】
[0050] 一種基于Petri網的數控機床控制系統故障診斷方法，首先要滿足的是所構建的 Petri網模型必須符合數控機床控制系統正常的工作方式。在構建的模型中，用庫所來模擬 驅動裝置、傳感器和上位裝置等裝置的工作狀態;用變迀來模擬驅動裝置、傳感器等設備的 工作狀態發生改變的條件，以及上位裝置內部的工作規則。最后利用所得到的Petri網模型 對數控機床進行故障診斷分析。通