基于Petri网的制造系统建模、调度与控制方法研究

1.加工设备逻辑控制器

●确定加工序列的基本模型

图5-12　汽车电机转子生产线A产品和B产品部分生产时序图

以图5-12中的时序关系为依据，分别得到A产品和B产品的加工设备逻辑控制器，如图5-13所示。

图5-13　加工设备逻辑控制器

表5-4　图5-13库所含义

A产品和B产品的压机逻辑控制器Petri网模型如图5-13（a）所示，A产品和B产品的绕线机逻辑控制器Petri网模型如图5-13（c）所示，A产品的插槽绝缘机逻辑控制器Petri网模型如图5-13（b）所示，各库所含义如表5-4所示。

●确定加工模型中变迁的内部变量条件

按照图5-12可知，插槽绝缘的逻辑控制器和绕线机的逻辑控制器受到内部变量条件的限制，即，和的激发受到内部变量IVC和的控制，如图5-14（a）和（b）所示。压机的逻辑控制器由于没有受到内部变量的影响而没有变化。

图5-14　增加内部变量条件后的加工设备逻辑控制器

●确定加工模型中变迁的输入决策变量条件

由于需要混流生产A产品和B产品，绕线机需执行不同的绕线参数，控制器需要根据不同产品设定不同的加工参数，变量设置如图5-15所示。

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图5-15　增加输入决策变量条件后的加工设备逻辑控制器

图5-15加入了输入决策变量条件，其中A值（B值）表示生产A产品（B产品）的不同的输入决策变量条件值。由于只有绕线机需要针对不同的产品进行参数调整，因此，只需要对图5-14中的（b）进行变化。

2.产品决策逻辑控制器

图5-16为现场生产指令，由操作人员输入并决定了当前是生产何种产品。产品切换的Petri网描述如图5-11（b）所示。

图5-16　生产线生产指令

3.可重组模块化逻辑控制器的重构策略

支持混流生产的可重组模块化逻辑控制器很容易适应汽车电机生产线的重组，随着产品变化增加，只需在相应的激发变迁上施加不同的变量。如需要增加C产品，在图5-16中增加加工指令，图5-15中加一个产品决策变量值C。如C产品的加工工艺不同于A或B产品，则在不同加工设备的逻辑控制模块的激发处施加相应的输入变量条件即可。

4.可重组模块化逻辑控制器的SFC语言实现

由上述论述可知，可重组模块化逻辑控制器是活性、安全和可逆的，因此可以直接被转换为SFC图（SFC图介绍见5.2.3节）。SFC图的结构和GRAFCET非常类似（一种Petri网描述语言，擅长描述可编程逻辑控制器），都具有层次化和模块化的特点，具体转化方法见表5-5。[64]

表5-5　可重组模块化逻辑控制器和SFC图之间的转换表

S7-Graph是西门子公司推出的用于顺序控制程序编程的顺序功能图语言，遵从IEC61131-3标准中顺序控制语言（SFC）的规定。[159]在S7-Graph中，控制过程被分为许多明确定义了功能范围的步，用图形清楚地表明整个过程的执行情况。可以为每一步指定该步要完成的动作，由每一步转向下一步的进程通过转化条件进行控制。

图5-17是采用S7-Graph实现支持混流生产的可重组模块化逻辑控制器的部分程序代码，控制器的内部变量及产品决策控制逻辑由各步转化条件的梯形图实现。

图5-17　支持混流生产的可重组模块化逻辑控制器S7-Graph代码