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페트리네트 기반 관리 제어시스템의 설계
Design of A Petrinet-based Supervisory Control System 원문보기

전기학회논문지. The transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. D / D, 시스템 및 제어부문, v.54 no.8, 2005년, pp.486 - 494  

공성학 (한양대학교 전자통신전파공학과) ,  서일홍 (한양대학교 전자통신전파공학과)

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This paper presents a design experience of a supervisory control system. For effective programming of job commands, a petri net-type graphical language (PGL) is proposed applied to various tasks having concurrency and synchronization. Our PGL based supervisory control system is composed of PGL edito...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그래서 본 논문에서는 여러 작업을 동시에 제어하기 위한 제어 언어로써 페트리네트를 이용한 새로운 제어 언어를 제안한다. 원래 페트리네트는 기계, 전자, 전기, 컴퓨터 등 여러 분야에서 주어진 시스템을 모델링하여 해석하거나 설계하는 수단으로 유용하게 사용하는 방법이다.
  • 그래서 본 논문에서는 이러한 문제들을 해결하기 위해 조건부 플레이스라는 것을 정의하였다. 조건부 플레이스는 일반적인 플레이스에 다음 트랜지션이 토큰 이전이 되는 조건 특성을 추가할 수 있도록 하였다.
  • 이를 위해 기존 방법에서는 태스크A와 태스크B에 고정된 우선순위를 부여하고 부여된 우선순위에 따라 태스크가 처리되는 방법을 사용하였다 그러나 이러한 방법은 항상 고정된 우선순위에 따라 태스크를 수행하게 되므로 수동적인 방법이라고 할 수 있다. 그래서 본 논문에서는 이러한 문제를 보다 능동적으로 해결하기 위하여 세마포(semaphore) 역할을 담당하는 조건부 플레이스를 이용하여 충동이 예상되는 태스크 간의 상호 배반 (mutual exclusion) 표현을 가능하도록 구현하였다. 즉 그림 5와 같이 충돌이 예상되는 두 태스크를 실행시키는 각각의 트랜지션이 선행 조건으로 세마포를 갖도록 하여 먼저 작업을 시작하는 태스크가 작업을 마칠 때까지 다른 태스크의 수행을 금지시킴으로써 충돌을 예방하였다.
  • 여기서 ne 할당 할 트랜지션의 개수이다. 그래서 본 논문에서는 조건부 플레이스의 속성에 플래그와 같은 역할을 담당하도록 구현하였다. 구현된 조건부 플레이스에 따라 pl에서 부품검사 결과라는 플래그를 설정하면 설정된 플래그에 따라 t2 또는 t3에 토큰이 전달되어 다음 작업을 수행하는 작업 경로를 수행하도록 구현하였다.
  • 본 논문에서는 관리 제어 시스템의 작업 지시를 위해 페트리네트 기반의 그래픽 언어를 제안하였고, 제안된 제어 언어를 동시 성과 동기성을 갖는 여러 가지 작업에 적용하는 예제들을 제시하였다. 또한 제안한 페트리네트 기반 그래픽 제어 언어를 이용하면 여러 개의 장치 모듈들로 구성된 복잡한 시스템에서도 기존의 텍스트 기반 언어보다 좀 더 표현하기 쉽고, 이해하기 쉬운 장점을 가지고 있다.
  • 본 논문에서는 생성된 작업 파일의 순차적인 동작 여부를 확인하기 위한 방법으로 OpenGL를 이용한 가상머신을 3차원 모의 실험기(3D Simulator)로 구현하였다. 구현된 3차원 모의실험기는 그림 14와 같다.
  • 본 논문에서는 여러 작업을 동시에 제어하기 위한 제어 시스템 언어로써 페트리네트를 이용한 새로운 제어 언어를 구현하였다.
  • 본 논문에서는 페트리네트 해석에 있어서 고려되는 여러 가지 성질 중 제어 시스템 작업 해석에 필요한 safeness, liveness, 교착상태의 해석에 대하여 연구하였다. safeness는 페트리네트를 이용하여 하드웨어 장치(hardware device)를 모델링할 경우 고려해야 할 성질로써 플레이스의 토큰의 수가 1을 넘지 않을 때 safe 하다고 한다.
  • 따라서 시스템의 조건을 페트리네트의 플레이스로 표현하고, 사건을 트랜지션으로 표현하여 시스템의 특성을 쉽게 모델링할 수 있다 [12].본 논문에서는 페트리네트를 이용하여 전체 시스템의 작업 흐름을 프로그램하였다. 전체 시스템의 각 단위 태스크를 PGL의 각 플레이스에 할당하며, 각 플레이스는 전체 시스템이 해당 모듈에 태스크를 수행 중인 상태를 나타내고 태스크가 완료되면 플레이스의 조건이 만족된다.
  • 여기에서는 앞에서 기술한 PGL의 편리성 및 효율성을 보이기 위해 PGL를 이용해 조립 작업 프로그램을 수행하는 것에 관하여 기술하였다. .
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참고문헌 (18)

  1. John. O. Moody, Panos J. Antsaklis, Supervisory Control of Discrete Event Systems Using Petri Nets, Kluwer Academic Publishers, 1998 

  2. J. W. Roach and M. N. Boaz, 'Coordinating the Motion of Robot Arms in a Common Workspace,' IEEE Journal of Robotics and Automation, Vol. RA-3, No.5, pp. 437-444, 1987 

  3. M. M. Arbib, R. O. Eason and R. C. Gonzlez, 'Autonomous Robotics Inspection and Manipulation Using Multisensor Feedback,' IEEE Trans. on Computer, Vol. 24 No.4, pp. 17-31, 1991 

  4. H. Chu and H. A. Elmaraghy, 'Integration of Task Planning and Motion Control in a Multi-Robot Assembly Workcell,' Journal of Robotics and Computer Integrated Manufacturing, Vol. 10, No.3, 1993 

  5. E. Rutten, et. al., 'A Tesk-Level Robot Programming Language and its Reactive Execution,' Proc. IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, Vol. 3, pp. 2751-2756, 1992 

  6. V. Gopalakrishna, N. Viswanadham and Krishna R. Pattipati, 'Sensitivity Analysis of Failure-Prone Flex Manufacturing Systems,' IEEE International Conference on Robotics and Automation, Vol. 1, pp. 181 -186, 1994 

  7. Bertil A. Brandin, 'The Real-Time Supervisory Control of an Experimental Manufacturing Cell,' IEEE Trans. on Robotics and Automation, Vol. 12, No. 1, pp. 1-14, 1996 

  8. I. H. Suh, H. J. Yeo, J. H. Kim, J. S. Ryoo, S. R. Oh, C. W. Lee and B. H. Lee, 'Design of a Supervisory Control System for Multiple Robotics Systems,' IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems, IROS 96, Vol. 1, pp. 332-339, 1996 

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  11. F. Y. Wang, et. al., 'A Petri-net Coordination Model for an Intelligent Mobile Robot,' IEEE Trans. on Systems, Man, and Cybernetics. Vol. 21, No.4, pp. 777-789, 1994 

  12. R. Zurawski and M. C. Zhou, 'Petri nets and industrial Applications,' IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 41, No.6, pp. 567-583, 1994 

  13. L. Ferrarini, C. Maffezzoni and A. Giua, 'Design and Imaplementation Issues in The Conrol of Discrete Event Systems,' International Conference on Industrial Electronics, Control and Instrumentation, Vol. 3, pp. 1515-1520, 1994 

  14. I. H. Suh et. al. 'A Control System for Multiple-Robot Manipulators; Design and Implementation,' Proc. of ISRAM 94, Vol. 5, pp. 279-285, 1994 

  15. Kurt Jensen, Coloured Petri Nets, Springer-Verlag, Chapter 1-4 

  16. MengChu Zhou, Petri Nets in Flexible And Agile Automation, Kluwer Academic Publishers, Chapter 1-6 

  17. J. L. Peterson, Petri net Theory and the modelling of Systems, Englewood Cliffs, NJ, Prentice-Hall, Inc., 1981 

  18. R. Sisto and A. Valenzano, 'Mapping Petri nets with inhibitor arcs onto basic LOTOS behavior expressions,' IEEE Trans. on Computer, Vol. 44, No. 12, pp. 1361-1370, 1995 

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