基于Petri网的制造系统控制方法

制造系统的逻辑控制可视为事件驱动的控制过程，其中加工过程的每一个操作步骤都可视为产品加工过程中的一个基本事件，这些事件具有同步、并发、串行等关系。逻辑控制器（图5-1）最关键的功能就是保证所有加工过程事件前后逻辑的正确性。

图5-1　逻辑控制器

逻辑控制器在以下几个方面起到关键的作用：

●自动化生产周期 控制正常的操作循环并具有自动化接口。

●手动操作 控制工装切换、新工装的安装和设备试车。

●加工设备的外设 控制加工设备的液压单元、润滑机构、冷却机构、电力部分以及安全机构等。

●设备故障诊断 提供设备故障信息、操作提示、误操作避免提示等。

通常逻辑控制器由PLC来实现。PLC硬件部分由中央处理单元（CPU）和存储器组成；CPU执行控制程序，存储器用来存储输入、输出和内部的变量。输入变量由传感器和操作员命令输入，输出变量赋给执行机构和相应的显示设备。RMS的逻辑控制器具有多种工作方式，可以支持不同产品的混流生产。为了能够正确加工不同的生产产品，逻辑控制器必须跟踪到加工系统不同的工作状态，并采用内部变量记录加工系统的不同状态。

逻辑控制器的控制状态由操作人员的输入命令决定，在本文中，操作人员的输入命令主要包括不同产品的生产指令，每个布尔变量由相应的传感器和操作人员输入，每个变量具有两个值：0和1。(www.xing528.com)

一般而言，逻辑控制器的设计要求由时序图描述，其设计结果由顺序控制图实现。

1.时序图

在一般的生产实际过程中，经常采用时序图（Timing bar chart）表示单个设备操作步骤以及整个生产线加工某一个产品或几种产品的生产循环周期。时序图清晰地表明了生产线中每一个物理模块的操作过程以及不同模块之间的并发操作关系，各种操作的前后关系是通过时间轴上的不同位置进行定义，图中带有箭头的线表明由于不同模块之间的交互操作而引起的顺序关系。时序图充分描述了整个生产过程中各种操作的关系，是生产系统的一种规范表达方式。图5-2是一校直机及其相关操作的时序图。

图5-2　校直机时序图

时序图中的各种参数是根据生产线设计人员的经验大致估计得到的，因此，可能会和实际运行过程之间存在一定误差，往往需要实际运行后再进行修正。如果生产过程比较复杂，比如存在混流生产、工艺过程复杂等，仅仅采用时序图来清楚地阐明加工循环周期是非常困难的。这也是本文对可重组制造系统逻辑控制器设计方法进行研究的一个重要原因。

2.顺序功能图

顺序功能图（Sequential function chart，简称SFC）是采用图形化的方法来描述一个控制程序的顺序行为，它基于Petri网和IEC848标准Grafcet，但又做了必要的修改。将一个程序内部组织加以结构化，在保持其总貌的前提下将一个控制问题分解为若干个可管理的部分，由“步”（Step）和“转换点”（Transition）组成，每个转换点具有一定的逻辑条件。每一个步中所实现的功能可以用其他几种语言，如FBD、LD、ST和IL来描述。

顺序功能图可以由步、有向连线、过渡和动作的集合描述。其转化规则是：顺序功能图的任一步可能是激活的，也可能是休止的，与之相应的动作（Action）只有在步处于激活状态时，方能被执行。因此，步被激活和被休止的过程便确定了系统的行为。