基于Petri网的集成数控系统研究

发布时间：2020-07-05 07:31

【摘要】：随着产品越来越多样化,数控功能越来越复杂化,对数控系统可重构、可移植、可扩展的呼声越来越高,近年软硬件技术飞速发展,开展开放式数控系统的研究,可为将来超大计算量、更强实时性数控系统的运用奠定基础。更进一步地开展集成式数控系统的研究,改变现有机床和系统一一对应的结构,提高集成度,为将来的工业自动化集成控制奠定基础。本文基于高性能通用多核处理器平台,采用实时工业以太网,旨在开发集成数控系统。首先分析比较了改造数控系统、虚拟机技术和容器技术实现集成数控的优势和不足,确定以容器虚拟化技术为核心的数控集成方案。为了降低耦合提高集成度,将数控系统按功能划分成译码、离散、前瞻、加减速、插补、位置控制等功能模块,每个模块分别运行在一个容器上,隔离运行,通过调度模块统一调度,使加工效率和资源利用率达到最高,调度模块还可以缓存各个模块产生的数据,接受用户请求。为了连接虚拟环境中的数控系统和宿主机中的网络驱动模块,设计了具有数据缓存功能的通信模块。相对于集成数控系统软件,硬件的方案设计比较简单,采用实时工业以太网Powerlink协议,连接系统所有的伺服驱动器和I/O设备。为了保证数控系统开发过程的正确性和可靠性,通常采用形式化方法对系统建模分析,对于多任务并发、无限状态系统,Petri网建模具有更好的描述效果。采用着色Petri网对数控系统进行不同层次的建模,先建立数控系统的顶层Petri网模型,顶层模型包括数控部分和调度部分。对于数控部分,可继续对功能子模块建模,对于调度模块,采用优先级抢占调度策略,设计了基于任务依赖和基于数据流两种确定优先级的任务调度策略,并分别对两种调度策略进行Petri网建模分析。最后搭建集成数控系统实验平台,对数控系统外部环境测试,包括虚拟环境、实时环境和连接两者的通信模块,分别对三个部分进行测试并分析实时性。基于上述的测试和分析,确定集成数控系统加工各任务模块周期参数,进行加工实验,验证数控系统集成的可行性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG659
【图文】：

实时扩展,服务请求

1-1 基于 Windows 和 RTX 实时扩展的开放式数控系统实时任务调度研究现状关技术研究现状念是在云计算提出不久后提出来的，基于目前云种面向服务的制造新模式[12]。与传统制造系统结与者提供一个统一的平台，制造服务提供者通过平台提出制造服务请求，云制造服务平台则作为再向服务请求者提供按需服务。解如何将云计算的一系列技术应用到制造系统中进行简单调研。云计算被 NIST 定义为能够通过网计算资源的模型，这些资源来自共享可配置资源池放[13]。云计算作为分布式计算的商业应用，达到性的两个重要目标[14]。国内早在云计算概念提出华大学张尧学从上世纪 90 年代就开始从事透明

示意图,锁机制,示意图,运行库

图 2-1 锁机制示意图器方案实现类似。虚拟机技术是一种基于系统功能的、运行在一个完全隔离环境理主机，在虚拟机里可以安装各种各样的作系统无异。如图 2-2 所示，可以在一台，每个实例都完整的包含操作系统、运行是一种更为轻量级的虚拟技术。容器相当户空间，所有容器共用一个操作系统内核管理引擎可以为容器提供进程级别的隔上，又能共享很多底层资源。硬件设备虚拟机管理程序宿主机虚拟机运行库应用硬件设备容器管理引擎宿主机虚拟机运行库应用虚拟机运行库应用运行库应用运行库应用运行应用

【参考文献】