CN117631597B

CN117631597B - 复杂工业系统下多控制器的柔性编程方法

Info

Publication number: CN117631597B
Application number: CN202410103420.6A
Authority: CN
Inventors: 李文宏; 刘希信; 郭建玉; 张文龙; 丁凯伦; 仉毅
Original assignee: Shandong University of Science and Technology
Current assignee: Shandong University of Science and Technology
Priority date: 2024-01-25
Filing date: 2024-01-25
Publication date: 2024-04-19
Anticipated expiration: 2044-01-25
Also published as: CN117631597A

Abstract

本发明公开复杂工业系统下多控制器的柔性编程方法，属于计算机软件技术领域，其步骤为：将多控制器系统中所有的事件信息进行统计抽象，从而得到事件信息矩阵；将多控制器系统中每一个控制器对应全部事件的运算处理方法进行统计抽象，得到事件与控制器之间的运算关系矩阵；设计一种逻辑运算符号，将事件信息矩阵和运算关系矩阵按该逻辑运算符号进行运算，得到控制器与事件的处理方法矩阵，即每个控制器对应每个事件的编程矩阵；从编程矩阵中得到多控制器系统中每个控制器对所有事件的整套编程方法。本发明提出了对复杂工业系统中多控制器的柔性编程方法，使得工业生产中的多控制器系统的编程过程极大的简化，提高了工业生产效率。

Description

复杂工业系统下多控制器的柔性编程方法

技术领域

本发明涉及计算机软件技术领域，具体涉及复杂工业系统下多控制器的柔性编程方法。

背景技术

传统的工业控制系统通常由单一控制器负责，但随着技术要求的不断提升，工业生产的复杂性和多样性也在不断增加，单一控制器难以满足对生产过程的精细化、灵活化和个性化的要求。在当前物联网、机器人、智能设备等的快速发展下，多个控制器的协调应用已成为一项至关重要的任务。在现如今正不断发展的复杂工业系统中，多个控制器的协调应用已经成为推动制造业智能化和高效化的关键技术之一，多控制器系统成为提升中国制造业竞争力和创新能力的重要手段。

在物联网、机器人系统和工业生产线中，每一个指令和操作事件都需要多个控制器协调进行，例如当人形机器人在进行握拳动作时，这看上去简单的动作就需要非常多的控制器来进行协调运动，首先机器人每个手指关节的控制器需要进行动作，其次需要有控制器检测到手指弯曲程度从而感知到当前是否已经完成动作。然而，除此之外，由于机器人只需要完成握拳动作，所以它其他的有一些部位如腿部关节是不需要进行动作的，但是这个“不动作”也是控制器动作的一部分，也就是说，在进行这一简单动作的过程中，这个机器人全身的控制器实际上都参与了针对握拳这一指令的动作，正是这些控制器之间的协调配合才能够让机器人完成这一动作。从这里我们不难得出多控制器系统在实际的实施过程中存在的一些问题，第一个问题是在多控制器系统下控制器和控制器之间的调度协调。在由多个控制器组成的系统中，控制器与其他控制器之间的协调配合是确保系统运行流畅的关键因素，控制器之间良好的协调关系能够让一个机器人的动作快速准确。每个控制器针对事件的发生所要执行的操作不同，同样的控制器对不同事件的操作也不相同，因此控制器的动作与事件的结合需要得到精确的安排与要求。第二个问题是多个控制器的编程问题，多个控制器之间要协调运动，那么支持控制器进行协调运动的程序的编写则至关重要。换句话说，控制器对所有事件而进行的处理和动作的本质都是通过编程来实现的。与单个控制器的编程不同，在多控制器系统中的每一个控制器都需要进行协调配合，这就要求在每个控制器之间或者相关联的控制器之间具有实时、流畅的通信和数据传递，比如在一条生产线上存在有多个控制器控制的传送带，当它开始启动时，第一个收到物品的传送带需要向其他传送带发送信息，而其他传送带通过第一条传送带的信息来判断自己在什么时间启动，使得整个传送带系统运行流畅、灵活。而在多控制器系统中，每个不同的控制器需要进行的操作并不完全相同，往往进行同一种工作的控制器由于身处位置不同从而要执行的动作在时间或空间上存在差异，所以对这样的多个控制器进行编程时就不能完全采用同一套程序来完全适配所有控制器。这就需要针对事件的不同和控制器所处位置的不同，在编程时就需要对多个控制器编程根据事件的发生和控制器的接收来进行调整，这样的方法在控制器数量很大时，其工作量无疑是巨大的。

综上所述，一种可以将多个事件与多个控制器操作及编程结合起来，找到其中的关系，以使得能够进行快速编程并且使各个控制器之间能够完美的协调配合的方法不仅能够减少控制器编程的工作量，更加省时省力，还能够使整个系统运行更加流畅，提高工作效率，极大的提升当前复杂工业系统的生产力。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供复杂工业系统下多控制器的柔性编程方法，设计合理，解决了现有技术的不足，具有良好的效果。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

复杂工业系统下多控制器的柔性编程方法，包括以下步骤：

步骤1、将多控制器系统中所有的事件信息进行统计抽象，从而得到事件信息矩阵；

步骤2、将多控制器系统中每一个控制器对应全部事件的运算处理方法进行统计抽象，得到事件与控制器之间的运算关系矩阵；

步骤3、设计一种逻辑运算符号，将步骤1得到的事件信息矩阵和步骤2得到的运算关系矩阵按该逻辑运算符号进行运算，得到控制器与事件的处理方法矩阵，即每个控制器对应每个事件的编程矩阵；

步骤4、从步骤3中的编程矩阵中得到多控制器系统中每个控制器对所有事件的整套编程方法。

进一步地，所述步骤1中，设在一个多控制系统中存在M个事件和N个控制器，以表示多控制器系统中的第个事件，，以表示多控制器系统中的第个控制器，；把系统中的事件与控制器结合起来进行抽象表示，以元素表示控制器在事件发生时所接收到的信息内容矢量；

所述事件信息矩阵表示为：

。

进一步地，所述步骤2中，当控制器对事件进行处理时，以元素表示针对事件信息执行逻辑运算的算法，当控制器对事件不做处理时，元素是逻辑空域，即无逻辑运算；

所述运算关系矩阵表示为：

。

进一步地，所述步骤3中，设计一种逻辑运算符号，将事件信息矩阵和运算关系矩阵进行逻辑运算，得到编程矩阵，即：

；

即；

其中，是控制器针对事件所做的编程方法，的运算逻辑为：

。

进一步地，在多控制器系统中M个事件和N个控制器的基础上添加m个事件和n个控制器，新的事件关系矩阵为：

；

即。

进一步地，在步骤4中，在矩阵中提取列矩阵，根据每个列矩阵中的信息内容作为多任务系统中该列矩阵对应控制器的最终编程。

本发明所带来的有益技术效果：

（1）本发明提出了对复杂工业系统中多控制器的柔性编程方法，使得工业生产中的多控制器系统的编程过程极大的简化，提高了工业生产效率。

（2）本发明所提供的技术方案通过将多控制器系统中的事件信息和控制器的逻辑算法进行了抽象，将两者分别抽象为事件信息矩阵和运算关系矩阵，通过两者运算可得到最终需要的处理方法矩阵，通过这个矩阵可以很简单的得知每个处理器应该执行的编程，在实际的编程过程中可以提供明确的指导方向。

（3）本发明将事件连同处理器一起加入考虑范围，不同于对多控制器系统中单独的对某个处理器进行编程，本发明这样的方法，使处理器和事件紧密结合，使各个处理器之间紧密结合，这样使得系统中执行任务的流畅性和控制器之间的配合度大大提升。

附图说明

图1为本发明中一个事件与多个控制器之间的关系示意图。

图2为实施例1中多条传送带及货物的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：

复杂工业系统下多控制器的柔性编程方法，包括以下步骤：

设在一个多控制系统中存在M个事件和N个控制器，以表示多控制器系统中的第个事件，，以表示多控制器系统中的第个控制器，；把系统中的事件与控制器结合起来进行抽象表示，以元素表示控制器在事件发生时所接收到的信息内容矢量；

事件信息矩阵表示为：

。

当控制器对事件进行处理时，以元素表示针对事件信息执行逻辑运算的算法，当控制器对事件不做处理时，元素是逻辑空域，即无逻辑运算；

运算关系矩阵表示为：

。

将事件信息矩阵和运算关系矩阵进行逻辑运算，得到编程矩阵，即：

；

即；

其中，是控制器针对事件所做的编程方法，表示多控制器系统中同一类事件发生时，多控制器系统中所有控制器在这一类事件信息下的算法的综合运算，其运算逻辑为：

。

在多控制器系统中，难免会有事件或者控制器的增加或减少，而本发明所提出的事件关系矩阵也可适应这一情况，如M个事件和N个控制器的基础上添加m个事件和n个控制器，新的事件关系矩阵为：

；

即；

当事件增加而控制器不增加，或是控制器增加而事件不增加的情况也可以适配上述矩阵运算，仅需将对应的m或n等于0即可。

步骤4、从步骤3中的编程矩阵中得到多控制器系统中每个控制器对所有事件的整套编程方法；

由步骤3所得到的的矩阵可以看出，其每一列都是同一个控制器对不同事件的处理方法，因此在矩阵中提取列矩阵，根据每个列矩阵中的信息内容作为多任务系统中该列矩阵对应控制器的最终编程。例如，对于控制器，其在矩阵中对应一列为，其中是控制器针对事件的编程，是控制器针对事件的编程，以此类推最终得到控制器对整个系统中所有事件的编程，从而完成了对整个系统中控制器的编程。

上述已经得到了对控制器最终的编程形式，但需要注意的是，由于事件的发生与多个控制器由关，针对不同事件的发生每个控制器有不同的处理方法，有些是需要接受事件信息，而有些是需要发送事件信息。在一个事件发生时，该事件与控制器之间，控制器与控制器之间的关系可能是如图1所示的，即事件1的发生不仅会向某些控制器直接发送事件信息，也会通过这些控制器间接的发送给其他的控制器。因此对本发明所提出的方法虽然表面看上去每个矩阵元素是对单个控制器单个事件的处理方法，但实际上将他们放在一起时，由于事件发生而引起的控制器的联系矩阵中的所有元素将紧紧联系在一起而形成一个整体，这个整体包含了所有的事件和控制器之间的关系，在系统运行时其运行效率、运行稳定性和运行灵活性是非常之高的。

综上所述，在多控制器系统中，将每个事件发生时的信息进行抽象得到事件信息矩阵，将每一个控制器对系统中所有事件的逻辑关系抽象为事件与控制器之间的运算关系矩阵，将这两个矩阵使用逻辑运算符号进行运算，最终可以得到每个控制器对每个事件的处理方法矩阵，而支持处理器进行处理的就是其内部所运行的程序，所以借由处理方法矩阵可以轻松得到对多控制器系统中所有处理器的具体编程方法，使得多控制器系统中对控制器编程这一过程极大的简化且易于操作，以上为本实施例的完整实现过程。

实施例1；

本实施例通过多个控制器所控制的多条传送带来进行介绍。

如图2中，有多段传送带，其中每条传送带均由一个微型控制器进行控制，控制器的主要作用就是控制传送带的运行和停止。但是，在不同的运行状况下，控制器需要根据实际需要来运行。例如，当没有货物需要运输时各个传送带就要停止，此时控制器就要对传动带下达停止指令。而当货物开始进入或者将要进入第一段传送带时，针对开始启动这一事件，控制器1就需要控制第一段传送带运行，而此时其他的传送带也需要通过预估货物到达的时间来启动，比如控制器2就需要在货物已经经过第一段传送带向第二段传送带运动的时候控制第二段传动带转动，紧接着控制器3、控制器3…控制器N也需要对开始启动这一事件做出相对应的动作。除此之外，当某一段传送带发生故障时，控制器会控制这段传送带停止传送动作，而其他的传送带控制器会根据这一事件来完成他们对应的操作，比如在这段传送带之前的传动带会立即停止动作并将故障信息发布，其他传送带接收到这一事件后，在这段传送带之后的传动带需要把现在传送带上存在的货物先运送完成再停止动作，不同的传送带针对故障这一事件所做出的操作并不相同。

这里我们把上述的传送带停止、传送带启动、传送带故障等事件抽象为事件信息，将事件信息表示为，，…，，其中可以以表示传送带停止事件，表示传送带启动事件，表示某一控制器发生故障事件，将这些事件与传送带控制器进行结合，得到控制器在事件发生时的信息矩阵元素，其中表示在事件发生时传送带控制器1的事件信息，表示在事件发生时传送带控制器N的事件信息；将控制器进行编号，以，，…，表示控制器1到N，将控制器在某一事件发生时的逻辑算法抽象为运算关系矩阵，得到矩阵中的元素，其中表示控制器1在事件发生时的逻辑算法，表示控制器N 在事件发生时的逻辑算法。由此得到两个矩阵——事件信息矩阵和运算关系矩阵，然后通过逻辑运算得到如下公式：

；

令等于运算结果矩阵，在矩阵中表示控制器对事件的编程处理方法，表示控制器对事件的编程处理方法，通过矩阵可以得到所有控制器针对所有事件发生的编程处理方法，由此便可对整个系统中的传送带控制器进行系统化编程。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims

1.复杂工业系统下多控制器的柔性编程方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述步骤1中，设在一个多控制系统中存在M个事件和N个控制器，以A_i表示多控制器系统中的第i个事件，i∈[1，M]，以B_j表示多控制器系统中的第j个控制器，j∈[1，N]；把系统中的事件与控制器结合起来进行抽象表示，以元素a_i,j表示控制器B_j在事件A_i发生时所接收到的信息内容矢量；

所述事件信息矩阵表示为：

所述步骤2中，当控制器对事件进行处理时，以元素b_j,i表示针对事件信息执行逻辑运算的算法，当控制器对事件不做处理时，元素b_j,i是逻辑空域，即无逻辑运算；

所述运算关系矩阵表示为：

所述步骤3中，设计一种逻辑运算符号将事件信息矩阵/>和运算关系矩阵/>进行/>逻辑运算，得到编程矩阵/>即：

其中，c_i,j是控制器B_j针对事件A_i所做的编程方法，的运算逻辑为：

在多控制器系统中M个事件和N个控制器的基础上添加m个事件和n个控制器，新的事件关系矩阵为：

在步骤4中，在矩阵中提取列矩阵/>根据每个列矩阵中的信息内容作为多任务系统中该列矩阵对应控制器的最终编程。