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基于CORBA面向对象的FMS控制系统模型

gecimao 发表于 2019-06-16 05:52 | 查看: | 回复:

  FMS是通过计算机和一些相关的可编程设备组成的分布式网络,例如,自动装配线、数控机床和PLC物料运输线等均属于可编程设备。典型的FMS由单元层控制平行分布的设备层完成生产任务,例如,控制装配、机床加工和物料运输等。对于一个自动运行的FMS而言,为了将所有的单元集成于一个相互配合的系统,同时协调全部车间层的各项活动,其中控制系统是十分必要的。然而,由于FMS的复杂性,不同的设备完成不同的功能,因此建立一个FMS控制系统(尤其是软件部分)相当困难。以往的FMS的软件控制系统大都采用结构化编程实现,中央主计算机直接控制所有单元层的操作。而FMS强调柔性,希望单元层之间的报文及数据进行直接交换,而单元层及设备层有时会有适当的变动,这使得用传统的结构化编程方式建立FMS的软件控制系统及中央主计算机直接控制方式很可能失去FMS的柔性。

  为了解决集成于同一单元层中不同可编程设备的错综复杂性和单元层之间的报文及数据进行直接交换等问题,本文提出了基于CORBA面向对象的FMS控制系统报文及数据模型。此模型中,每一个物理单元用一个封装了物理单元的属性(Attributes)、操作(Operations)和实施(Implementation)的对象来描述。各个物理单元的对象通过继承抽象单元类、共享报文和数据通讯的公共协议及相同的属性、操作和实施。各个可编程设备的对象通过继承各自相关的物理单元的类来描述。单元层与车间层及单元层之间的报文及数据 的通讯,通过基于CORBA机制的客户(Client)/服务器(Server)技术实现。

  一个FMS由多个单元组成,完成各自的高级制造任务,如装配单元、物料运输单元和加工单元等相互协调完成制造任务。如图1描述了由五个单元组成的FMS集成模型的实例:装卸单元、加工单元、物料运输单元、检验单元和准备单元。每个单元均带有单元控制器(本系统采用PC机),控制方式采用递阶结构的计算机过程控制:单元总控方式和车间总控方式的组合。单元总控方式实现单元过程控制系统与设备层可编程设备的信息集成;车间总控方式实现FMS生产计划控制与单元层各单元的信息集成。单元层之间及车间层通过局域网相连接,单元层与设备层通过终端服务器相连接。

  物料运输单元由设备控制级控制器(本系统实例采用西门子S5-95U可编程控制器)、物料输送带(实例采用BOSH-2F)和托盘组成。工件在准备单元中,通过人工操作将工件、夹具作为一体装入托盘,由装卸单元将托盘放置于物料输送带的上料端。输送带按照调度指将托盘输送到指定的缓冲站,实现了工件从一个单元到另一个单元的输送。加工单元由数控机床和加工中心组成(本系统实例采用一台CNC MAHO600C铣床和一台STEINEL BZ20加工中心)。

  FMS总控制器(本系统采用Windows/NT Server)发送各种生产调度计划(以报文和数据方式)给各物理单元,同时接收来自物理单元的状态反馈信息(以报文和数据方式)。控制系统软件将FMS所有单元集成为一体,生产调度计划的任务由各单元控制完成。FMS总控层与各物理单元之间及各物理单元之间的报文和数据交换,通过基于CORBA机制的客户/服务器技术实现。各单元控制器将接收到的上层任务发送给各自的可编程设备,同时接收来自可编程设备的状态反馈信息,所有可编程设备之间的报文和数据的交换统一由单元控制器来完成,状态反馈信息统一由单元控制器反馈给上层FMS总控制器。FMS强调柔性并希望FMS总控软件具有柔性。随着单元层及设备层的变动(物理单元或可编程设备增加或减少),FMS总控软件容易适应FMS的硬件的变化,而传统的结构化功能函数编程方式建立FMS的软件控制系统,则很难适应FMS的变化。

  为了使FMS总控软件具有柔性,本文介绍基于CORBA面向对象的FMS控制系统集成模型。在软件控制系统中,通过数据抽象,从较特殊的类或对象中抽出一般属性,建立一个抽象单元(Abstrct Cell)的超类(Super Class),具体的物理单元用虚拟的对象来描述(见图2),抽象单元的超类封装了物理单元对象的公共属性、操作和实施。各个物理单元的对象相对与超类而言,是超类或超类成员的一个事例。由于各个物理单元完成各自的特殊功能,每个物理单元的对象必须通过面向对象的继承性,继承超类的公共属性和处理方法,同时产生自己的派生类(Derived Class),来处理各自的特殊要求。根据面向对象的原理,设备层的可编程设备同样用虚拟的对象来描述。为了实现各自的功能,在继承各自物理单元类公共的属性和实现的基础上,产生出自己的派生类来处理特殊任务。基于上述方法,当FMS的物理单元和可编程设备改变时,对FMS总控软件系统而言,仅仅影响FMS改变的单元或可编程设备的类或对象,而不改变软件系统的其他功能。

  根据面向对象的原则,不仅单元和可编程设备用对象来描述,而且在制造系统中其他功能实体、车间调度、操作及处理等都被模型化为对象。图3描述了单元类与其他类之间的相互关系。

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