基于Petri網(wǎng)的柔性制造系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)

基于Petri網(wǎng)的柔性制造系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)基于Petri網(wǎng)的柔性制造系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)

一、引言

柔性制造系統(tǒng)(FlexibleManufacturingSystem,簡稱FMS)是一種高度自動(dòng)化的生產(chǎn)系統(tǒng)，通過柔性配置的機(jī)械、設(shè)備、計(jì)算機(jī)等組成，能夠根據(jù)市場需求和產(chǎn)品變化快速靈活地進(jìn)行生產(chǎn)。FMS的核心是控制系統(tǒng)，它負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和控制整個(gè)生產(chǎn)過程。本文將基于Petri網(wǎng)的控制器設(shè)計(jì)，介紹柔性制造系統(tǒng)控制器的基本原理和設(shè)計(jì)方法。

二、Petri網(wǎng)基本原理

Petri網(wǎng)是由德國科學(xué)家CarlAdamPetri于1962年提出的一種圖論模型，主要應(yīng)用于描述并發(fā)處理過程中的事件與系統(tǒng)之間的關(guān)系。它由兩個(gè)基本元素組成：庫所(place)和變遷(transition)。庫所表示系統(tǒng)中的狀態(tài)，變遷表示狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移。Petri網(wǎng)通過定義庫所和變遷之間的弧(Arc)來描述狀態(tài)轉(zhuǎn)移的條件和行為規(guī)則。Petri網(wǎng)具有時(shí)序可控性、并發(fā)性和死鎖檢測等特點(diǎn)，非常適用于描述和分析柔性制造系統(tǒng)的控制關(guān)系。

三、柔性制造系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)方法

1.建立Petri網(wǎng)模型

首先，需要根據(jù)柔性制造系統(tǒng)的具體需求和工藝流程建立Petri網(wǎng)模型。庫所代表系統(tǒng)的狀態(tài)，如機(jī)床、零件、工序等；變遷代表狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移，如加工、搬運(yùn)、報(bào)警等。根據(jù)FMS的特點(diǎn)，要考慮到并發(fā)處理、死鎖避免等因素，將它們作為Petri網(wǎng)模型的一部分。

2.設(shè)計(jì)控制策略

根據(jù)柔性制造系統(tǒng)的生產(chǎn)需求和控制要求，設(shè)計(jì)控制策略?？刂撇呗园ㄙY源調(diào)度、任務(wù)分配、狀態(tài)監(jiān)測等。通過設(shè)置庫所和變遷的權(quán)重和延時(shí)等屬性，可以調(diào)整和優(yōu)化控制策略。

3.狀態(tài)監(jiān)測與轉(zhuǎn)移

在柔性制造系統(tǒng)中，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測各個(gè)工序的狀態(tài)，并進(jìn)行合適的狀態(tài)轉(zhuǎn)移?？赏ㄟ^Petri網(wǎng)模型中的變遷，設(shè)置相應(yīng)的觸發(fā)條件和執(zhí)行動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)移和控制。

4.故障檢測和處理

柔性制造系統(tǒng)中，可能會(huì)出現(xiàn)設(shè)備故障、工藝異常等問題，需要及時(shí)檢測和處理。可以通過設(shè)置合適的監(jiān)測點(diǎn)和觸發(fā)條件，在Petri網(wǎng)模型中加入故障檢測和處理的機(jī)制。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)能夠及時(shí)采取應(yīng)對措施，保證生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

四、柔性制造系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)案例

以一個(gè)典型的柔性制造系統(tǒng)為例，假設(shè)系統(tǒng)由3臺(tái)加工中心、1臺(tái)搬運(yùn)車和1臺(tái)檢測設(shè)備組成。系統(tǒng)的任務(wù)是將零件從第一臺(tái)加工中心經(jīng)過第二臺(tái)加工中心加工，再通過搬運(yùn)車進(jìn)行搬運(yùn)，最后送到檢測設(shè)備進(jìn)行檢測。柔性制造系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)任務(wù)的順序流轉(zhuǎn)、設(shè)備協(xié)調(diào)工作以及故障處理。

根據(jù)系統(tǒng)的工藝流程和控制要求，建立Petri網(wǎng)模型。庫所分別表示不同機(jī)器的狀態(tài)，變遷分別表示工序和搬運(yùn)的轉(zhuǎn)移。通過定義庫所和變遷之間的弧，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移控制。

設(shè)計(jì)控制策略。設(shè)置庫所和變遷的權(quán)重和延時(shí)，根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級和機(jī)器的性能進(jìn)行設(shè)置。通過控制策略，調(diào)度任務(wù)的執(zhí)行和設(shè)備的協(xié)調(diào)工作。

實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制。系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測各個(gè)工序的狀態(tài)，并進(jìn)行合適的狀態(tài)轉(zhuǎn)移。設(shè)置觸發(fā)條件和執(zhí)行動(dòng)作，使系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行自動(dòng)控制。

故障檢測和處理。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，需要及時(shí)檢測并采取相應(yīng)的處理措施。在Petri網(wǎng)模型中加入故障檢測和處理的機(jī)制，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和連續(xù)性。

五、總結(jié)

本文介紹了基于Petri網(wǎng)的柔性制造系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)方法。通過建立Petri網(wǎng)模型、設(shè)計(jì)控制策略、實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制、故障檢測和處理等步驟，實(shí)現(xiàn)柔性制造系統(tǒng)的有效控制和協(xié)調(diào)。通過該方法，能夠提高柔性制造系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和靈活性，滿足不同產(chǎn)品和市場需求。但在實(shí)際應(yīng)用中，還需要根據(jù)具體情況對控制器進(jìn)行調(diào)優(yōu)和改進(jìn)，以適應(yīng)不同的生產(chǎn)環(huán)境和需求綜上所述，基于Petri網(wǎng)的柔性制造系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)方法可以實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的序流轉(zhuǎn)、設(shè)備協(xié)調(diào)工作以及故障處理的有效控制和協(xié)調(diào)。通過建立Petri網(wǎng)模型，可以通過定義庫所和變遷之間的弧來實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移控制。設(shè)計(jì)控制策略可以根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級和機(jī)器的性能來設(shè)置庫所和變遷的權(quán)重和延時(shí)，從而調(diào)度任務(wù)的執(zhí)行和設(shè)備的協(xié)調(diào)工作。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制，系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行自動(dòng)控制。而故障檢測和處理機(jī)制能夠及時(shí)檢測設(shè)備故障并采取相應(yīng)的處理措施，