单件生产实验系统机械手控制及死锁分析

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本文研究了基于无线射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)的单件生产实验系统中的机械手运动控制,及该系统的运行过程中的死锁避免方法。   在这一系统中,实现了对单件生产过程的实时监控,从而可以对系统内每个产品的生产过程进行精确控制,使得每个产品的生产尽可能按照预先制定的生产调度方案在交付期之前完成。该系统主要由可编程控制器(PLC)、个人计算机、基于RFID技术的数据采集终端设备和GRB3014四自由度机械手组成。   首先研究在单件生产实验系统中,机械手的运动控制实现。在该系统中,机械手的作用就是按照上位机的生产调度指令完成零件在各机器、读写器与缓冲区之间的搬运工作。本文设计了机械手的运动函数,并把这些运动函数生成一个动态链接库,然后在机械手控制程序中调用动态链接库中的运动函数。为实现机械手的运动控制,首先建立了本实验系统的Petri网模型,获得正确的控制逻辑;然后设计了机械手控制函数,并实现了与上位机的进程间异步通信,从而逐条解析并执行调度指令。   其次研究单件生产系统死锁避免方法及系统参数对死锁产生次数的影响。由于单件生产实验系统的实物部分规模有限,所以通过建立仿真模型来扩大系统规模,从而形成由多个加工单元构成的单件生产系统。为此,首先建立单件生产系统仿真部分的Petri网模型,然后根据Petri网模型来设计仿真程序。在本系统中,采用了面向对象的离散事件仿真方法及基于事件扫描法的状态更新策略。利用了“向前看(look-ahead)”的方法进行死锁预报及预防,这种方法可以减少死锁发生次数。在这一死锁避免策略的基础上,通过仿真研究了死锁产生次数与生产规模、最大允许在制品数量和缓冲区容量及其分配的定性关系。仿真实验结果表明:增加机械手的数量或增加缓冲区的容量能有效地减少死锁次数;缓冲区容量及其分配应随机器的加工时间不同而调整,加工时间短的机器的缓冲区容量应稍小,加工时间长的机器的缓冲区容量应稍大;并且系统最大允许在制品数量为所有机器的缓冲区的容量之和的80%左右时,死锁产生的次数比较少。
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