一種死鎖避免控制方法、裝置和自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】在本發(fā)明中根據(jù)循環(huán)等待彼此所占用資源的工件，將自動化生產(chǎn)系統(tǒng)劃分為一個或多個系統(tǒng)子模塊。進(jìn)而，為各個系統(tǒng)子模塊構(gòu)建死鎖監(jiān)控器，以進(jìn)行死鎖監(jiān)控。系統(tǒng)的控制器根據(jù)各個監(jiān)控器的狀態(tài)和系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)輸出控制指令，達(dá)到死鎖避免的目的。在本發(fā)明中各系統(tǒng)子模塊均是自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的子集，因而構(gòu)建各系統(tǒng)子模塊死鎖監(jiān)控器的復(fù)雜性和難度要遠(yuǎn)小于構(gòu)建系統(tǒng)集中式死鎖監(jiān)控器，從而提高了死鎖監(jiān)控建模和運算的效率。
【專利說明】一種死鎖避免控制方法、裝置和自動化生產(chǎn)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自動生產(chǎn)領(lǐng)域，更具體的說是涉及一種死鎖避免控制方法、裝置和自動化生產(chǎn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]死鎖是指兩個或兩個以上的進(jìn)程在執(zhí)行過程中，由于爭奪共享資源而造成一種互相等待狀態(tài)。在自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中，死鎖將會導(dǎo)致系統(tǒng)部分或全部出現(xiàn)癱瘓。
[0003]為了避免自動化生產(chǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)死鎖，本領(lǐng)域的技術(shù)人員基于自動機(一種描述系統(tǒng)動態(tài)行為的形式化建模工具)理論，通過對系統(tǒng)整體建模獲得系統(tǒng)監(jiān)控器，以達(dá)到死鎖避免的目的。
[0004]然而隨著系統(tǒng)規(guī)模的不斷增加，現(xiàn)有的技術(shù)方案的由于受到系統(tǒng)規(guī)模的影響，建模和運算的效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供一種死鎖避免控制方法、裝置和自動化生產(chǎn)系統(tǒng)，以提高自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中死鎖監(jiān)控的建模和運算效率。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0007]一種死鎖避免控制方法，所述方法應(yīng)用于自動化生產(chǎn)系統(tǒng)，包括:
[0008]按照預(yù)設(shè)算法，確定自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中循環(huán)等待彼此所占用資源的工件；
[0009]根據(jù)循環(huán)等待彼此所占用資源的工件，將自動化生產(chǎn)系統(tǒng)劃分為若干個具有死鎖傾向的系統(tǒng)子模塊；
[0010]構(gòu)建所述系統(tǒng)子模塊各自的死鎖監(jiān)控器，對各個系統(tǒng)子模塊進(jìn)行實時監(jiān)控；
[0011]根據(jù)所述死鎖監(jiān)控器的狀態(tài)和當(dāng)前自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的狀態(tài)，生成控制生產(chǎn)過程的控制指令。
[0012]優(yōu)選的，所述確定自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中循環(huán)等待彼此所占用資源的工件，包括:
[0013]構(gòu)建自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)矩陣，所述關(guān)聯(lián)矩陣用于表征自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中工件和資源的相互關(guān)系；
[0014]對所述關(guān)聯(lián)矩陣進(jìn)行自相關(guān)操作；
[0015]根據(jù)自相關(guān)操作結(jié)果確定循環(huán)等待彼此所占用資源的工件。
[0016]優(yōu)選的，構(gòu)建所述系統(tǒng)子模塊各自的死鎖監(jiān)控器，包括:
[0017]按照自動機的建模方法，構(gòu)建各個系統(tǒng)子模塊的加工資源層自動機、工件層自動機以及約束層自動機；
[0018]對所述加工資源層自動機、所述工件層自動機以及所述約束層自動機進(jìn)行與算法操作，得到所述系統(tǒng)子模塊的死鎖監(jiān)控器。
[0019]優(yōu)選的，構(gòu)建各個系統(tǒng)子模塊的加工資源層自動機的過程包括:
[0020]按照自動機的建模方式，對系統(tǒng)子模塊中的各個加工資源建模，得到各個加工資源的自動機；
[0021]對各個加工資源的自動機進(jìn)行或算法操作，得到系統(tǒng)子模塊的加工資源層自動機。
[0022]優(yōu)選的，構(gòu)建各個系統(tǒng)子模塊的工件層自動機的過程包括:
[0023]按照自動機的建模方式，對系統(tǒng)子模塊中的各個工件建模，得到各個工件的工件自動機；
[0024]對同一類型工件的工件自動機進(jìn)行或算法操作，構(gòu)建工件類自動機；
[0025]對工件類自動機進(jìn)行或算法操作，構(gòu)建工件層自動機。
[0026]優(yōu)選的，構(gòu)建各個系統(tǒng)子模塊的約束層自動機的過程包括:
[0027]按照自動機的建模方式，對系統(tǒng)子模塊中的各個約束條件建模，得到各個約束條件對應(yīng)的約束自動機；
[0028]對所述的約束自動機進(jìn)行與算法操作，構(gòu)建約束層自動機。
[0029]優(yōu)選的，對同一類型工件的工件自動機進(jìn)行或算法操作，構(gòu)建工件類自動機之后，還包括:對所述工件類自動機的狀態(tài)不確定轉(zhuǎn)移性和冗余性進(jìn)行處理。
[0030]一種死鎖避免控制裝置，包括:
[0031]按照預(yù)設(shè)算法，確定自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中循環(huán)等待彼此所占用資源的工件的計算單元;
[0032]根據(jù)計算單元的計算結(jié)果，將自動化生產(chǎn)系統(tǒng)劃分為若干個具有死鎖傾向的系統(tǒng)子模塊的模塊劃分單元；
[0033]構(gòu)建所述系統(tǒng)子模塊各自的死鎖監(jiān)控器的死鎖監(jiān)控器構(gòu)建單元；
[0034]根據(jù)所述死鎖監(jiān)控器的狀態(tài)和當(dāng)前自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的狀態(tài)，生成控制生產(chǎn)過程的控制指令的指令輸出單元。
[0035]優(yōu)選的，所述計算單元包括:
[0036]構(gòu)建自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)矩陣的矩陣構(gòu)建子單元，所述關(guān)聯(lián)矩陣用于表征自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中工件和資源的相互關(guān)系；
[0037]對所述關(guān)聯(lián)矩陣進(jìn)行自相關(guān)操作，并根據(jù)自相關(guān)操作結(jié)果確定循環(huán)等待彼此所占用資源的工件的計算子單元。
[0038]一種自動化生產(chǎn)系統(tǒng)，包括:數(shù)據(jù)采集設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、PLC、內(nèi)置有死鎖避免控制裝置的工控機以及服務(wù)器；
[0039]其中，所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備，用于采集自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的實時生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)；
[0040]所述數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，用于將所述實時狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸至所述PLC ；
[0041]所述PLC，用于將所述實時狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送至所述工控機，并執(zhí)行所述工控機輸出的無死鎖控制指令；
[0042]所述工控機，用于根據(jù)死鎖監(jiān)控器的狀態(tài)和實時狀態(tài)數(shù)據(jù)，生產(chǎn)無死鎖控制指令；
[0043]所述服務(wù)器，用于實時所述實時狀態(tài)數(shù)據(jù)的共享。
[0044]經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開提供了一種死鎖避免控制方法、裝置和自動化生產(chǎn)系統(tǒng)。在本發(fā)明中根據(jù)循環(huán)等待彼此所占用資源的工件，將自動化生產(chǎn)系統(tǒng)劃分為一個或多個系統(tǒng)子模塊。進(jìn)而，為各個系統(tǒng)子模塊構(gòu)建死鎖監(jiān)控器，以進(jìn)行死鎖監(jiān)控。系統(tǒng)的控制器根據(jù)各個監(jiān)控器的狀態(tài)和當(dāng)前系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)輸出控制指令，達(dá)到死鎖避免的目的。在本發(fā)明中各系統(tǒng)子模塊均是自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的子集，因而構(gòu)建各系統(tǒng)子模塊死鎖監(jiān)控器的復(fù)雜性和難度要遠(yuǎn)小于構(gòu)建集中式死鎖監(jiān)控器，從而提高了建模和運算的效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0046]圖1示出了本發(fā)明一種死鎖避免控制方法的一個實施例的流程示意圖；
[0047]圖2示出了本發(fā)明一種死鎖避免控制方法的另一個實施例的流程示意圖；
[0048]圖3示出了本發(fā)明一種死鎖避免控制裝置的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]圖4不出了本發(fā)明一種自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的一個實施例的結(jié)構(gòu)不意圖。
【具體實施方式】
[0050]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0051]自動機是通過狀態(tài)以及轉(zhuǎn)移等概念分析離散事件系統(tǒng)的演化過程。在實際的操作過程中，可用一個五兀組FA={2，Q, q0, δ (q, σ ) QmJ來描述。其中，Σ是一個有限輸入字母表，每一個字母表示一個事件。Q是一個有限狀態(tài)集，％是系統(tǒng)初始狀態(tài)，且有％ e Q，δ是狀態(tài)轉(zhuǎn)函數(shù)，可被定義為，QX Σ — Q，σ e Σ是一個輸入字母表中的一個元素或者符合，也即一個事件，Qfflk為“標(biāo)識”或“終止”狀態(tài)集。
[0052]需要說明的是，為了能夠利用多個簡單自動機來描述復(fù)雜的離散事件動態(tài)系統(tǒng)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員通常采用或運算來表示自動機FAl和自動機FA2之間的異步行為關(guān)系，采用與運算來表示自動機FAl和自動機FA2之間的同步行為關(guān)系。需要說明的是，自動機間的或運算和與運算的計算方法為現(xiàn)有技術(shù)在此不再做贅述。
[0053]實施例(一)
[0054]參見圖1示出了本發(fā)明一種死鎖避免控制方法的一個實施例的流程示意圖。由圖1可知，在本實施例中，該方法包括:
[0055]步驟101:按照預(yù)設(shè)算法，確定自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中循環(huán)等待彼此所占用資源的工件。
[0056]需要說明的是，自動化生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)生死鎖的必要條件為:
[0057]I)互斥性。當(dāng)資源上的工件數(shù)量等于其最大資源容量時，該資源將不接受任何請求占用該資源的工件；
[0058]2)非搶占性。其它工件不能強行占有已被最大資源容量的工件所占用的資源；
[0059]3)條件等待性。工件將一直占據(jù)其正在占用的資源，直到其等待的資源被其它工件所釋放；
[0060]4)循環(huán)等待性。存在循環(huán)等待彼此所占用資源的工件。
[0061]對于自動化生產(chǎn)系統(tǒng)來說，死鎖的前三個必要條件通常都具備，因而本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)第四個必要條件，也就是循環(huán)等待性，來判斷自動化生產(chǎn)系統(tǒng)是否有可能發(fā)生死鎖。
[0062]當(dāng)確定自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中存在一組或多種循環(huán)等待彼此所占用資源的工件時，則確定該自動化生產(chǎn)系 統(tǒng)具有循環(huán)等待性，即有發(fā)生死鎖的傾向。
[0063]步驟102:根據(jù)循環(huán)等待彼此所占用資源的工件，將自動化生產(chǎn)系統(tǒng)劃分為若干個具有死鎖傾向的系統(tǒng)子模塊。
[0064]當(dāng)在步驟101中確定自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中存儲一組或多種循環(huán)等待彼此所占用資源的工件時，將自動化生產(chǎn)系統(tǒng)劃分為一個或多個系統(tǒng)子模塊。其中，每個系統(tǒng)子模塊中均包括:工件、加工資源、約束條件等。需要說明的是，在本發(fā)明中，系統(tǒng)中的有限緩沖區(qū)也被作為加工資源的一種。
[0065]步驟103:構(gòu)建所述系統(tǒng)子模塊各自的死鎖監(jiān)控器，對各個系統(tǒng)子模塊進(jìn)行實時監(jiān)控。
[0066]步驟104:根據(jù)所述死鎖監(jiān)控器的狀態(tài)和當(dāng)前自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的狀態(tài)，生成控制生產(chǎn)過程的控制指令。
[0067]當(dāng)向自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中輸入某個控制指令，該控制指令將被發(fā)送給所有死鎖監(jiān)控器中。若死鎖監(jiān)控器在該控制指令的驅(qū)動下狀態(tài)發(fā)生變化，則其將向系統(tǒng)控制器發(fā)送一個無死鎖的可控事件集，用于自動化生產(chǎn)系統(tǒng)下一個控制指令的生成；若狀態(tài)未發(fā)生變化，則不發(fā)送可控事件集至系統(tǒng)控制器。進(jìn)而系統(tǒng)控制器基于當(dāng)前系統(tǒng)的實時狀態(tài)及接收到的可控事件集，生成并發(fā)送一個控制指令用于對自動化生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)過程的實時控制，直到生產(chǎn)結(jié)束。
[0068]由實施例(一)可知:本發(fā)明根據(jù)循環(huán)等待彼此所占用資源的工件，將自動化生產(chǎn)系統(tǒng)劃分為一個或多個系統(tǒng)子模塊。進(jìn)而，為各個系統(tǒng)子模塊構(gòu)建死鎖監(jiān)控器，以進(jìn)行死鎖監(jiān)控。由于在本發(fā)明中各系統(tǒng)子模塊均是自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的子集，因而構(gòu)建各系統(tǒng)子模塊死鎖監(jiān)控器的復(fù)雜性和難度要遠(yuǎn)小于構(gòu)建集中式死鎖監(jiān)控器，從而提高了建模和運算的效率。
[0069]實施例(二)
[0070]參見圖2示出了本發(fā)明一種死鎖避免控制方法的另一個實施例的流程示意圖。由圖2可知，在本實施例中，該方法包括:
[0071]步驟201:構(gòu)建自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)矩陣，所述關(guān)聯(lián)矩陣用于表征自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中工件和資源的相互關(guān)系。
[0072]需要說明的是，若自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中存在工件P」，此工件的先后相鄰工序依次由資源Ril和Ri2來加工完成，則將資源Ri2稱作資源Ril關(guān)于工件P]的后向資源，相應(yīng)的，資源Ril稱作資源Ri2關(guān)于匕的前向資源?？捎藐P(guān)系式ri (Rn，Ri2)表示，具體有:
【權(quán)利要求】
1.一種死鎖避免控制方法，所述方法應(yīng)用于自動化生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，包括: 按照預(yù)設(shè)算法，確定自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中循環(huán)等待彼此所占用資源的工件； 根據(jù)循環(huán)等待彼此所占用資源的工件，將自動化生產(chǎn)系統(tǒng)劃分為若干個具有死鎖傾向的系統(tǒng)子模塊； 構(gòu)建所述系統(tǒng)子模塊各自的死鎖監(jiān)控器，對各個系統(tǒng)子模塊進(jìn)行實時監(jiān)控； 根據(jù)所述死鎖監(jiān)控器的狀態(tài)和當(dāng)前自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的狀態(tài)，生成控制生產(chǎn)過程的控制指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述確定自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中循環(huán)等待彼此所占用資源的工件，包括: 構(gòu)建自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)矩陣，所述關(guān)聯(lián)矩陣用于表征自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中工件和資源的相互關(guān)系； 對所述關(guān)聯(lián)矩陣進(jìn)行自相關(guān)操作； 根據(jù)自相關(guān)操作結(jié)果確定循環(huán)等待彼此所占用資源的工件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，構(gòu)建所述系統(tǒng)子模塊各自的死鎖監(jiān)控器，包括: 按照自動機的建模方法，構(gòu)建各個系統(tǒng)子模塊的加工資源層自動機、工件層自動機以及約束層自動機； 對所述加工資源層自動機、所述工件層自動機以及所述約束層自動機進(jìn)行與算法操作，得到所述系統(tǒng)子模塊的死鎖監(jiān)控器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，構(gòu)建各個系統(tǒng)子模塊的加工資源層自動機的過程包括: 按照自動機的建模方式，對系統(tǒng)子模塊中的各個加工資源建模，得到各個加工資源的自動機； 對各個加工資源的自動機進(jìn)行或算法操作，得到系統(tǒng)子模塊的加工資源層自動機。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，構(gòu)建各個系統(tǒng)子模塊的工件層自動機的過程包括: 按照自動機的建模方式，對系統(tǒng)子模塊中的各個工件建模，得到各個工件的工件自動機； 對同一類型工件的工件自動機進(jìn)行或算法操作，構(gòu)建工件類自動機； 對工件類自動機進(jìn)行或算法操作，構(gòu)建工件層自動機。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，構(gòu)建各個系統(tǒng)子模塊的約束層自動機的過程包括: 按照自動機的建模方式，對系統(tǒng)子模塊中的各個約束條件建模，得到各個約束條件對應(yīng)的約束自動機； 對所述的約束自動機進(jìn)行與算法操作，構(gòu)建約束層自動機。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，對同一類型工件的工件自動機進(jìn)行或算法操作，構(gòu)建工件類自動機之后，還包括:對所述工件類自動機的狀態(tài)不確定轉(zhuǎn)移性和冗余性進(jìn)行處理。
8.一種死鎖避免控制裝置，其特征在于，包括:按照預(yù)設(shè)算法，確定自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中循環(huán)等待彼此所占用資源的工件的計算單元；根據(jù)計算單元的計算結(jié)果，將自動化生產(chǎn)系統(tǒng)劃分為若干個具有死鎖傾向的系統(tǒng)子模塊的模塊劃分單元； 構(gòu)建所述系統(tǒng)子模塊各自的死鎖監(jiān)控器的死鎖監(jiān)控器構(gòu)建單元； 根據(jù)所述死鎖監(jiān)控器的狀態(tài)和當(dāng)前自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的狀態(tài)，生成控制生產(chǎn)過程的控制指令的指令輸出單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述計算單元包括: 構(gòu)建自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)矩陣的矩陣構(gòu)建子單元，所述關(guān)聯(lián)矩陣用于表征自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中工件和資源的相互關(guān)系； 對所述關(guān)聯(lián)矩陣進(jìn)行自相關(guān)操作，并根據(jù)自相關(guān)操作結(jié)果確定循環(huán)等待彼此所占用資源的工件的計算子單元。
10.一種自動化生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，包括:數(shù)據(jù)采集設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、PLC、內(nèi)置有權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的死鎖避免控制裝置的工控機以及服務(wù)器； 其中，所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備，用于采集自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的實時生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)； 所述數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，用于將所述實時狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸至所述PLC ； 所述PLC，用于將所述實時狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送至所述工控機，并執(zhí)行所述工控機輸出的無死鎖控制指令； 所述工控機，用于根據(jù)死鎖監(jiān)控器的狀態(tài)和實時狀態(tài)數(shù)據(jù)，生產(chǎn)無死鎖控制指令； 所述服務(wù)器，用于實時所`述實時狀態(tài)數(shù)據(jù)的共享。
【文檔編號】G05B19/418GK103699104SQ201310744989
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】楊宏兵, 孫承峰, 王明娣 申請人:蘇州大學(xué)