FMS的分层分布式控制系统建模研究.doc

FMS的分层分布式控制系统建模研究
戴勇倪卫东
无锡职业技术学院(无锡 214073)
摘要本文建立了适应我国中小型企业发展柔性制造系统的分层分布式控制体系结构;同时,提出了FMS分层分布式控制系统的建模方法。为了使控制系统中各功能实体具有局部自治能力,建立了CORBA基础的FMS分层分布式控制软件结构模型和通用报文传输模型。在遵循CORBA 规范的Orbix ,开发了FMS控制系统软件,并在无锡职业学院的FMS中得到验证。
关键词柔性制造系统分层分布式控制建模方法控制软件 CORBA
中图分类号:TH 165
1 引言
制造技术在适应市场需要的前提下发展空前迅速。当今,制造企业之间面临日趋激烈的竞争,它迫使制造企业将制造系统的研究和更新作为经营战略中战胜竞争对手的一个关键因素。作为柔性制造系统(Flexible Manufacture System )核心部件的控制系统,对FMS的性能起着决定性的作用。一个FMS整体性能优劣,除了制造系统内设备(如机床、运输装置等)性能的优劣外,在很大程度上还取决于控制系统性能的优劣[1]。为了建立一个健全的FMS控制系统,本文主要对柔性制造系统的分层分布式控制体系结构、面向对象的FMS控制系统建模方法以及以CORBA为基础的控制系统软件结构模型进行了研究。为了验证分层分布式控制系统模型的正确性,以无锡职业学院FMS为实践对象,进行了控制软件的实例开发,同时得到系统运行的初步结果。
2 FMS分层分布式控制体系结构的营建
FMS控制系统主要经历了集中式、递阶式、混合式和异构式等四种体系结构形式的变迁。控制系统体系结构从集中式到异构式,控制系统中各功能实体之间耦合趋向松弛,自治能力趋向增强;另一方面,控制系统从全局优化趋向于局部优化。在进行FMS控制系统设计时,不能想当然地选择一种控制体系结构;而应根据具体营建FMS的环境,分析各种控制体系结构的特点来建立合适的控制体系结构。为了使FMS的控制系统具有可重配置性、鲁棒性、硬软件功能兼容和可扩展性,结合分层式控制的合理层次性、数据一致性和分布式控制的自治性、报文传输的有效性
[2,3],建立了FMS分层分布式控制体系结构(见图1)。该控制体系结构是一种混合控制体系结构。一方面,这种结构形式将控制功能分布成金字塔型结构。其分层方式采用MSI的分层:最上层为FMS控制器,中间层为单元控制器,最底层为设备控制器。这些分布在不同层次上的控制实体具有独立控制对象功能,下一层次实体的活动受到上一层次实体的监视和协调,系统具有全局优化能力,克服了采用完全分布式控制带来的局部优化缺陷。另一方面,同一层次的实体具有局部自治能力,它们互相合作,共同完成该层的各种活动,松弛了层次图 1 FMS分层分布式控制体系结构
工装管理
FMS通用数据库
加工单元
数控机床
加工中心
缓冲区
装卸站
小车
机器人
订单管理
:基于客户/服务器方式数据传输
:基于CORBA的报文传输机制
:基于物理对象专用协议的指令传输
计划& 调度
物料搬运单元
存储单元
派送& 监视
FMS控制器
单元控制器
设备控制器
之间的‘主—仆’关系,具有分布控制的优点。
FMS分层分布式控制系统的体系结构着重描述了各层次实