基于Petri网的数控机床控制系统故障诊断方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于数字控制机床技术领域，特别涉及一种基于Petri网的数控机床控制 系统故障诊断方法。
【背景技术】
[0002] 数控技术又称为CNC技术。随着计算机技术的迅速发展，CNC技术已广泛应用于机 械加工、一起制造等各种行业。数控机床是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代 机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。
[0003] 然而，在数控机床控制系统中同样也面临着许多的故障问题。随着工业控制、制造 系统的规模与结构复杂性迅速增长，出现了越来越多高性能、高效率、高精度的数控机床。 这些数控机床的轴数不断增加，而每一轴都安装有独立的驱动装置来实现多轴联动的功 能，大多数的数控机床都选择采用伺服电机作为驱动装置。同时，每一轴上的传感器数目也 不断增加，以实现精确定位、限位继电保护等功能。其中，限位继电保护功能更显得尤为重 要，任何工作都必须在确保安全的条件下进行。因此，确保数控机床每一轴的限位传感器正 常工作是首要任务。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于Petri网的数控机床控制 系统故障诊断方法，该方法针对的是数控机床控制系统中的驱动装置和限位传感器所发生 的故障问题。这种方法首先建立以数控机床控制系统为对象的普通Petri网模型，然后根据 数控机床某一时刻的实际工作状态与由其Petri网模型得到的状态进行对比，判断该时刻 是否有故障发生，若有故障发生，可进一步判断是数控机床控制系统中哪一个驱动装置或 传感器出现故障。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006] 一种基于Petri网的数控机床控制系统故障诊断方法，包括如下步骤：
[0007]根据停止、正转和反转工作状态建立驱动装置的Petri网模型；
[0008] 根据正向限位开关、反向限位开关、正向限位报警、反向限位报警和继电器工作状 态建立限位继电保护模块的Petri网模型；
[0009] 根据脉冲信号和符号信号工作状态建立上位装置的Petri网模型；
[0010]将驱动装置、限位继电保护模块和上位装置的Petri网模型进行并运算，建立数控 机床控制系统的Petr i网模型；
[0011]利用数控机床控制系统的Petri网模型对数控机床控制系统进行故障诊断。
[0012]进一步的，根据停止、正转和反转工作状态建立驱动装置的Petri网模型，包括：
[0013] 建立驱动装置的库所集合Pd，包括停止工作状态库所巧％、正转工作状态库所只^ 和反转工作状态库所
[0014] 建立驱动装置从停止到正转和从正转到停止的变迀集合;并添加对应的有向弧集 合；
[0015] 建立驱动装置从停止到反转和从反转到停止的变迀集合;并添加对应的有向弧集 合。
[0016] 进一步的，根据正向限位开关、反向限位开关、正向限位报警、反向限位报警、继电 器工作状态建立限位继电保护模块的Petri网模型，包括：
[0017] 建立限位继电保护模块的库所集合Pl，包括正向限位开关断开状态库所pn, off、正 向限位开关闭合状态库所ρη,〇η、反向限位开关断开状态库所P12, off、反向限位开关闭合状态 库所P12, on、不存在正向限位报警库所PAoff、存在正向限位报警库所pal, on、不存在反向限位 报警库所PA off、存在反向限位报警库所PA on、继电器断开状态库所PWf和继电器闭合状 态库所PK
[0018] 建立正向限位开关从断开到闭合和从闭合到断开的变迀集合;并添加对应的有向 弧集合；
[0019] 建立正向报警器从无报警到有报警和从有报警到无报警的变迀集合;并添加对应 的有向弧集合；
[0020] 建立反向限位开关从断开到闭合和从闭合到断开的变迀集合;并添加对应的有向 弧集合；
[0021] 建立反向报警器从无报警到有报警和从有报警到无报警的变迀集合;并添加对应 的有向弧集合；
[0022] 建立继电器从断开到闭合和从闭合到断开的变迀集合;并添加对应的有向弧集 合。
[0023]进一步的，根据脉冲信号和符号信号工作状态建立上位装置的Petri网模型，包 括：
[0024]建立上位装置的库所集合Pp，包括表示上位装置没有脉冲信号输出的库所办,避和 有脉冲信号输出的库所Pp, on、表不正符号信号的库所P+和负符号信号的库所P-、表不与驱动 装置对应的伺服驱动器接收到正转运行指令的库所办,on,+和反转运行指令的库所办,on,-；
[0025] 建立上位装置从没有脉冲信号输出到有脉冲信号输出的变迀集合;并添加对应的 有向弧集合；
[0026] 建立上位装置从高电平信号输出到低电平信号输出和从低电平信号输出到高电 平信号输出的变迀集合;并添加对应的有向弧集合；
[0027] 建立上位装置输出脉冲信号和高电平信号到伺服驱动器接收正转运行指令的变 迀集合;并添加对应的有向弧集合；
[0028] 建立上位装置从有脉冲信号输出到没有脉冲信号输出的变迀集合;并添加对应的 有向弧集合。
[0029]进一步的，将驱动装置的Petri网模型、限位继电保护模块的Petri网模型和上位 装置的Petri网模型进行并运算，建立数控机床控制系统的Petri网模型，包括：
[0030 ]确定数控机床控制系统Pe tr i网模型的初始标识，所述初始标识表示Pe tr i网初始 时刻库所中的托肯数；
[0031]将驱动装置、限位继电保护模块和上位装置的Petri网模型进行并运算，得到数控 机床控制系统普通Petri网模型~=(?，1'^)，其中？表示库所集合，1'表示变迀集合^表示有 向弧集合。
[0032]进一步的，利用数控机床控制系统的Petri网模型对数控机床控制系统进行故障 诊断，包括：
[0033]步骤1，计算数控机床控制系统Petri网模型的关联矩阵；
[0034] 步骤2,检测系统状态信号是否发生改变，若发生改变，转步骤3;否则，重复步骤2;
[0035] 步骤3,获取数控机床控制系统当前时刻状态，比较系统当前时刻状态与前一时刻 的状态，判断发生改变的系统状态信号；
[0036]步骤4，由系统当前时刻状态获得数控机床控制系统Petri网模型当前时刻的标 识；
[0037]步骤5,利用Petri网的状态方程计算出数控机床在系统状态信号发生改变后的到 达标识；
[0038]步骤6,判断数控机床控制系统Petri网模型当前时刻的标识是否与所述到达标识 相同，若相同，返回步骤2;否则，转步骤7;
[0039] 步骤7,根据数控机床控制系统Petri网模型当前时刻的标识，判断故障发生的原 因。
[0040] 进一步的，所述到达标识计算公式如下：
[0041 ] m' [k] =m[k_l]+C · δ，且m[k_l] 2 C-(:，δ)
[0042]其中，π/ [k]表示所述到达标识，m[k-l]表示数控机床控制系统Petri网模型前一 时刻的标识，C表示所述关联矩阵，δ表示所述系统状态信号。
[0043]进一步的，所述步骤6中，若数控机床控制系统Petri网模型当前时刻的标识与所 述到达标识相同，将模型当前时刻的标识赋值给前一时刻的标识;并将系统当前时刻状态 赋值给前一时刻的状态。
[0044] 本发明一种数控机床控制系统的故障诊断方法，实现了通过Petri网模型对数控 机床进行故障的诊断及分析，确保驱动装置和传感器正常工作，进而保证数控机床控制系 统安全运作。
[0045] 以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的一种基于Petri 网的数控机床控制系统故障诊断方法不局限于实施例。
【附图说明】
[0046] 图1是本发明方法的流程示意图；
[0047]图2是本发明数控机床控制系统的Petri网模型；
[0048]图3是本发明实施例中石材加工机床控制系统简图；
[0049]图4是本发明实施例中石材加工机床控制系统的Petr i网模型。
【具体实施方式】
[0050] 一种基于Petri网的数控机床控制系统故障诊断方法，首先要满足的是所构建的 Petri网模型必须符合数控机床控制系统正常的工作方式。在构建的模型中，用库所来模拟 驱动装置、传感器和上位装置等装置的工作状态;用变迀来模拟驱动装置、传感器等设备的 工作状态发生改变的条件，以及上位装置内部的工作规则。最后利用所得到的Petri网模型 对数控机床进行故障诊断分析。通