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支持动态重构的制造系统逻辑控制器设计方法

更新时间：2019-12-25 16:11:35 大小：377K 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：逻辑控制器 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

支持动态重构的制造系统可通过组元升级、组态调整形成新的生产能力和功能,针对制造系统混流生产、快速重构的特点,其逻辑控制器也必须适应这一要求.提出了一种基于可重构Petri网的制造系统逻辑控制器设计方法.首先,根据制造系统的加工控制需求建立逻辑控制器形式化模型；其次,根据系统重构方式给出网重写规则；最后,逻辑控制器根据重写规则动态重构自身结构以适应新的生产需求.制造系统的变化通过重写规则可快速、自动重构成新的系统逻辑控制器并且其行为特性是可判定的.实际应用证明了该逻辑控制器设计方法的有效性和正确性.

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V01，40 No．10

Oct．2012

第40卷第10期

2012年10月

同济大学学报(自然科学版)

UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE)

TONGJI

JOURNAL

文章编号：0253—374X(2012)10—1542—06

DOI：10．3969／j．issn．0253．374x．2012．10．019

支持动态重构的制造系统逻辑控制器设计方法

谢楠1，李爱平2

(1．同济大学中德工程学院，上海201804；2．同济大学机械工程学院，上海201804)

behavior of new controller characteristics are decidable．A

real case is the and

摘要：支持动态重构的制造系统可通过组元升级、组态调整

形成新的生产能力和功能，针对制造系统混流生产、快速重

构的特点，其逻辑控制器也必须适应这一要求．提出了一种

基于可重构Petri网的制造系统逻辑控制器设计方法．首先，

根据制造系统的加工控制需求建立逻辑控制器形式化模型；

其次，根据系统重构方式给出网重写规则；最后，逻辑控制器

根据重写规则动态重构自身结构以适应新的生产需求．制造

系统的变化通过重写规则可快速、自动重构成新的系统逻辑

控制器并且其行为特性是可判定的．实际应用证明了该逻辑

控制器设计方法的有效性和正确性．

also

presented

verify

efficiency

of the

effectivity

methodology．

manufacturing systern；logic

Key words：

controller；

reconfigurable；design

随着全球化、动态化和用户驱动为显著特征的

市场竞争的加剧，制造业不仅面临着技术进步带来

的机遇，同时还面临着快速多变和难以预测的市场

环境，使得制造企业的生产方式已由面向产品的生

产转变为面向顾客的生产．因此，迫切需要发展一种

能够通过制造资源构件调整和生产系统快速重构，

适应生产系统内、外部各种影响因素快速变化的制

造系统[1_3]．

关键词：制造系统；逻辑控制器；重构；设计

中图分类号：THl66

文献标识码：A

Design Methodology

Reconfigurable Logic

Controller for

Manufacturing System

为了适应上述特点，支持资源快速重构的制造

系统逻辑控制器必须满足以下条件：①支持不同组

元之间逻辑控制关系的改变、更新；②短的逻辑控

制器重构斜升时间；③适应不同产品的混流生产；

④重构后的逻辑控制器可形式化地验证其性能．

文献[-41介绍了采用Petri网对制造系统进行建

模以及防死锁方法．文献[5]针对柔性制造系统

XIENanl，LIAipin92

(1．Sino-German

College

Applied Science，Tongji University，

of Mechanical

Shanghai 201804，China；2．College

Tongji

Engineering，

201804，China)

University，Shanghai

Abstract．．

Manufacturing system supporting dynamic

is able to form new

component

and

reconfiguration

functions

production capacity

and

through

update

adjustment．For

(flexible

manufacturing system，FMS)的制造单元

these newfeatures，mix

and

quick reconfiguration

production

采用网合成技术进行了建模并分析可逆、有界、活性

等行为特性．在逻辑控制器设计领域，针对制造系统

可重构这一特点，文献[6—7]采用基于信号解释Petri

网的控制器设计和分析方法，利用模块化方法进行

控制器设计，采用可达图和化简技术相结合，分析了

逻辑控制器的重构能力。文献E8]提出了通过变量调

整可快速重构逻辑控制器的方法，并证明了控制器

的活性、安全和可逆．文献[9—10]提出基于事件的制

造系统逻辑控制器设计，并进行控制器行为特性分

析．上述这些方法在逻辑控制器的重构设计方面取

controller should also

adapt

manufacturing system，its logic

the

controller

requirements．The logic

design methodology

nets

reconfigurable petri

based on

manufacturing system

(RPN)is

presented．First，according

manufacturing

formal model of

controller is built

needs，the

net

controlling

logic

rules are constructed to

according

up；then，the

rewriting

controller

system reconfiguration modes；finally，the logic

to meet the new

dynamically reconfigure

production

rules．The

requirements according

rewriting

changes

can

system

reconfigure

manufacturing

quickly，automatically

and

the new

controller，moreover the

system logic

generate

收稿日期：2011-08-12

基金项目：国家自然科学基金(51005169，50975209)；上海市自然科学基金(10ZRl432300)}浙江省优先主题重点国际科技合作研究项目

(2011C14025)

第一作者：谢楠(1975一)，女，副教授，工学博士，主要研究方向为制造系统建模与控制．E-mail：．edu．cn

万方数据

第lo期

谢楠，等：支持动态重构的制造系统逻辑控制器设计方法

得诸多成果，但方法较为复杂并且对应用场景做了

特定限制，不易应用于工业现场．

P(PnT)一西，R一{n，r2，，“)是有限重写规则

的集合，y0是初始状态．

近年来，Llorens等[n-123提出了网重写系统以及

可重构Petri网，为制造系统的逻辑控制器设计提供

了新的思路．

重写规则表示为r一户( ．r(p，￡)· t一

产(￡，p)· ￡)眵 P(Er’(p，￡)· t一

本文针对制造系统中生产资料的重构变化，研

究基于可重构Petri网的制造系统逻辑控制器设计

方法，建立重写规则，分析逻辑控制器的行为特性．

当制造系统的被加工零件改变后，控制器可快速改

变自身控制逻辑形成新的逻辑控制器以适应新的生

产构型．

r．(￡，乡)· f)，其中，》符号用来分割r的前置条件

和后置条件．

定义4[11] 可重构Petri网N一(P，T，R，yo)的

构型图G(N)是一个有向图，图的节点表示了系统

的配置，从构型『’到构型117由弧r一(D，}，r。) R

标识，记为11[r>，，．r(夕，￡)，"7-(￡，p)分别表示输

入和输出接口关系，当且仅当：

支持动态重构的制造系统逻辑控制

fF(p，￡)一}(夕，f) 且F(t，夕)一

器

V户幽{F，(乡等。川，且‰ 炉

定义1支持动态重构的制造系统逻辑控制器

是基于可重构Petri网的制造系统控制逻辑形式化

模型，它由控制逻辑和重构规则组成，可以动态改

变自身结构适应不同的逻辑控制功能．

1．1网重写系统和可重构Petri网

r· (f，夕’

(1)

且

V夕譬D：F(p，￡)一F’(户，￡)

F(t，夕)一

F7(￡，乡)．

定理1[11]

任何一个可重构Petri网都等价于

1．1．1网重写系统

某个普通Petri网．

Llorens等[1妇提出网重写系统对动态系统进行

建模，系统的构型是某一具体Petri网描述而其变化

则由网重写规则给出．

1．2逻辑控制器及其重构机制

随着制造系统组元升级和组态更新，逻辑控制

器根据生产任务、车间调度以及制造系统的新构型，

快速生成新的逻辑控制器，其具体结构及重构机制

如图1所示．

定义2[111 网重写系统为一结构N一(R，(n，

Mo))，其中R一{r。，r。，，“)是一个有限网重写规

则集，(n，Mo)是一个标识Petri网可用来表示一

个制造系统的构型C．

2逻辑控制器的设计方法

一条重写规则r R是一个结构r一

(L，R，r‘，r，r‘)，其中：

逻辑控制器的设计要根据制造系统的设备进行

被控设备的控制建模、定义重写规则、确定过渡连

接、分析控制器行为特征、确定控制逻辑．

(1)L一(PL，Tc，FL)和R一(PR，TR，R)是

Petri网，分别称之为左手侧和右手侧．

(2)r (PL× PR)U(TL× 瓦)，称为r的传递

关系，是一个表示从库所L到库所R以及变迁L到

变迁R的二元关系：PLr PR，rPR PL，TLr TR

以及rTR TL．

2．1设备子网建模

(1)加工设备控制模块指完成特定工序要求

的加工设备控制模型，其Petri网的表达模块如图2

所示．图2中P。为加工设备启用并准备开始加工，

P。为加工设备处于空闲状态，T，为原材料达到加工

设备缓冲，T2为加工设备加工零件．

(3)’rEr和r‘ r是传递关系的子关系，分别

称之为输入接口关系和输出接口关系．

1．1．2可重构Petri网

(2)机器人控制模块指完成物料搬运动作的搬

运机器人控制模型，其Petri网的表达模块如图3所

示．P。为机器人处于工作加工，P2为机器人到达目

的地，P。为机器人处于空闲状态，T1为零件达到机

器人搬运起点，瓦为零件离开机器人搬运终点，瓦

为机器人回到运动起点．

可重构Petri网是一类特殊的网重写系统，定义

如下：

定义3[11] 可重构Petri网N一(P，T，R，70)，

其中，P一{多。，声z，，A)是非空的库所有限集合，

T一{t，，￡。，，t。)是非空的变迁有限集合，

万方数据

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