CN103376774B - 可编程轴承自动生产线专用控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了可编程轴承自动生产线专用控制器，包括图编程接口模块、电源模块、微处理模块、通讯模块、I/O接口模块和自动生产线调度模块，所述电源模块为各个模块提供电源，所述通讯模块、所述图编程接口模块和所述I/O接口模块与所述微处理模块连接，并受其控制，所述自动生产线调度模块连接所述I/O接口模块，所述自动生产线调度模块用于生产线关联控制、夹具控制、加工节拍控制、油压马达控制、工作台控制和主轴控制，通过软硬件结合的设计方式，利用系统软件平台，可以便捷地进行现场程序更改、下载、扩展、调试等功能，从而可满足客户个性化要求及特殊场合的特殊需求，开发出具有自主知识产权的控制器，降低了控制器成本，提高了企业的竞争力。

Description

可编程轴承自动生产线专用控制器

技术领域

 本发明涉及用于轴承切削的自动生产线控制的一种可编程控制器。

背景技术

轴承行业是机械行业系统中的重要行业，在国民经济中占有很重要的地位，其技术水平高低，对一个国家的工业技术发展水平具有一定的代表意义。近年来，世界各大轴承公司都投入了极大的精力开展轴承自动生产线的开发和研制，特别是精密机床轴承，由于它技术含量高、附加值高、加工难度大。传统的轴承生产加工控制系统的研究主要有整套控制系统的开发和轴承设备专用控制器的研发两类。目前国内从事整套轴承控制系统研发生产的企业寥寥无几，这类控制系统主要依赖进口，价格昂贵；随着技术的进步，越来越多的轴承企业开始从其它控制器厂家采购专用控制器，实现最佳性价比。

目前市场上轴承切削自动生产线控制器的设计和控制机械系统的开发是分离的，轴承设备专用控制器程序普遍采用封闭式的开发模式，采用C、VHDL等高级语言编写核心控制算法，在控制器出厂时固化在EEPROM或者Flash等介质中，轴承设备生产企业无法对控制算法进行修改，无法针对终端客户的特殊需求对控制算法进行定制。当新的需求产生时，由轴承设备生产企业将需求信息传递到控制器生产厂家，控制器生产厂家根据需求编写相应的算法程序。在这种模式下，由于没有形成一种标准化的逻辑语言组件，在开发程序过程中，特别是新的控制器、新的应用模式产生时，很难高效、可靠地开发出相应的控制算法，使得产品更新周期长，无法适应快速变化的市场需要以及客户的特殊性能需求。另外，在当前这种开发模式下，控制器知识产权掌握在控制器开发商手中，轴承设备企业不具备知识产权，对于轴承加工控制系统自有品牌的构建及与国外同类产品的市场竞争均产生不利影响。

发明内容

针对上述技术问题，提供一种可编程轴承切削自动生产线专用控制系统，采用嵌入式SOC控制器芯片、专用控制器PLC化和智能控制技术等前沿技术，包含开放式的控制系统软硬件平台，以满足轴承设备生产企业二次开发控制算法为目标，完成针对不同轴承元件所需的不同加工工艺流程的控制需求，为轴承设备制造企业降低控制系统生产成本、开发具有自主知识产权的控制系统提供支持，本发明采用开放式设计理念，将改变目前轴承加工控制系统依赖他人的被动局面，为轴承企业提供高可靠的控制系统的同时，使得轴承设备生产企业可以根据用户的需求定制生产设备，降低控制器成本，提高企业的竞争力。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

可编程轴承自动生产线专用控制器，包括图编程接口模块、电源模块、微处理模块、通讯模块、I/O接口模块和自动生产线调度模块，所述电源模块为各个模块提供电源，所述通讯模块、所述图编程接口模块和所述I/O接口模块与所述微处理模块连接，并受其控制，所述自动生产线调度模块连接所述I/O接口模块，所述自动生产线调度模块用于生产线关联控制、夹具控制、加工节拍控制、油压马达控制、工作台控制和主轴控制。

进一步的，所述电源模块采用单24V电源工作方式、抗反接电路。

进一步的，所述I/O接口模块采用全隔离的输入输出接口方式。

进一步的，所述通信模块实现内部间数据传递以及外部RS232串口通信，并且支持常规的通信协议。

本发明的有益效果在于：传统的轴承生产线专用控制器，由于程序是由专用控制器厂家出厂时固化，而且处于封闭式的程序开发模式，轴承设备厂家无法针对不同的加工工艺修改程序，从而限制了新产品的开发。本发明所述的轴承专用控制器，采用开放式设计理念，可以满足轴承设备生产企业二次开发，通过软硬件结合的设计方式，利用系统软件平台，可以便捷地进行现场程序更改、下载、扩展、调试等功能，从而可满足客户个性化要求及特殊场合的特殊需求，开发出具有自主知识产权的控制器，降低了控制器成本，提高了企业的竞争力。

附图说明

图1是本发明的控制器框图；

图2是本发明的系统软件平台结构框图；

图3是本发明的控制器操作流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

一种可编程轴承切削自动生产线专用控制器，包括硬件系统和基于该硬件系统的软件系统两个组成部分，硬件系统以智能控制器芯片为核心，结合外围功能部件，构成轴承自动生产线控制器主板，完成轴承生产线控制程序的运行，同时通过生产线机械装置，构成生产线控制系统；软件部分为自动生产线控制器的编程、调试工具，完成控制程序的开发以及程序的调试、监控运行功能；通过该技术，电气工程师可以方便在设计好的生产线上，实现对生产线运行逻辑的编程，完成针对不同轴承元件所需的不同加工工艺流程的控制需求。硬件系统的主要部件是生产线控制器主板，负责自动生产线调度程序的执行；如图1所示，所述硬件系统主要包括：自动生产线调度模块、电源模块、图编程接口模块、I/O接口模块和通信模块五大部分，所述电源模块为各个模块提供电源，所述通讯模块、所述图编程接口模块和所述I/O接口模块与所述微处理模块连接，并受其控制，所述自动生产线调度模块连接所述I/O接口模块，所述自动生产线调度模块用于生产线关联控制、夹具控制、加工节拍控制、油压马达控制、工作台控制和主轴控制。

本发明所述的自动生产线调度模块是整个硬件系统的核心模块，采用嵌入式可编程智能芯片为核心，执行控制程序达到控制整个生产线的安全可靠运行的目的，主要完成整个系统的数据处理、信号处理、任务调度、系统控制等工作。

本发明所述的电源模块为整个控制系统提供工作电源，不同于普通工业控制系统，轴承机械属于精密加工机械，各个功能部件价格昂贵，操作不当容易损坏，控制系统需要高可靠性电源，因此设计电源模块时，各模块间的供电需要进行隔离处理以提高系统的抗干扰能力，同时还应通过周波跌落，群脉冲等EMC测试，从而有效保证整个控制系统可靠、稳定地运行。系统采用单24V电源工作方式、抗反接电路，用以保证现场使用的方便和安全。

本发明所述的图编程接口模块提供系统人机交互，包括系统工作状态、信号显示、参数设置、报警提示等功能。所述的图编程接口模块支持在线组态技术，用户可以根据需要选择显示内容和方式，在不退出系统运行的情况下可以直接进入组态环境并修改组态使修改后的组态直接生效，而且使用者在生成适合自己需要的应用系统时不需要修改软件程序的源代码。

本发明所述的I/O接口模块采用全隔离的输入输出接口方式，即使在大冲击、强干扰情况下，I/O设备工作异常，也不至于影响核心控制模块工作，确保在外围出现不确定因素下保证不会产生不可预料的工作情况。

本发明所述的通信模块主要实现系统内部间数据传递以及外部RS232串口通信，支持常用通信协议。

软件系统主要包括引擎驱动生成模块、图编辑模块、编译生成模块、下载模块和在线调试诊断模块五大部分，结构框图如图2所示。所述的引擎驱动生成模块用于生成对应的系统引擎，包括系统初始化程序、驱动程序、调度程序等，为控制算法提供接口。所述的图编辑模块采用图形化的程序开发方法，使用图编程比使用传统的C语言或汇编语言开发更直观、更便捷，且不容易出错，一般的电气工程师都可以掌握，从而为现场的更改调试带来极大的便捷。所述的编译生成模块将图编辑模块编辑的图形程序编译生成对应硬件平台控制器的专用机器语言，嵌入到引擎模块中，构成系统运行程序。所述的下载模块通过专用的协议，将编译生成模块生成的程序代码下载到系统硬件平台中。所述的在线调试诊断模块用于对控制程序进行现场在线调试诊断，从而有效保证程序的正确性及可靠性。

本发明的实现原理如下：本发明所述的轴承专用控制器，将采用开放式设计理念，以满足轴承设备生产企业二次开发控制算法为目标，通过软硬件结合的设计方式，利用系统软件平台，通过图形化编程，将所有图元件以控件的形式提供给用户以便组态，使用者在设计器上拖放控件来设计梯形图；通过该技术，电气工程师可以方便地在设计好的生产线上，实现对生产线运行逻辑的编程，完成针对不同轴承元件所需的不同加工工艺流程的控制需求；通过该技术，客户可以便捷地进行现场程序更改、下载、扩展、调试、在线诊断等功能，从而可满足客户个性化要求及特殊场合的特殊需求。

  其实现具体原理阐述如下：

（1）自动生产线控制器软件引擎设计与生成

由于嵌入式芯片的多样性，使得用户程序移植困难，在更换了嵌入式芯片后，需要重复开发控制程序，使得开发效率低。因此，为了实现对不同应用领域定制控制器，灵活选择所需CPU，同时又要快速完成系统的开发，需要提供一种方法，使得对由不同CPU构成的系统采用相同的开发方法，抽象不同CPU的具体实现细节。在选择具体的CPU后再对抽象CPU模型进行实例化。本发明以Cotex-M3芯片系列作为切入点，引擎构造实现通用引擎的描述，包括初始化、定时器、中断、通信等。通用引擎包括了各类CPU共有的属性和框架，为针对特定CPU的引擎构造提供统一的结构，不同CPU的特性通过引擎特性接口实现共性和特性之间的交互。研发成功后，当设备改变而需要其它类型的芯片时，可以采用同样的方法快速实现引擎的生成。

（2）构件化图形程序开发模式

本发明采用图作为基本的逻辑组件，实现基本逻辑控制。图逻辑组件在平台设计时经过反复测试，确保正确。系统整体程序可采用构件化的设计方式，以图作为基本的逻辑组件，实现基本逻辑控制，调试正确的控制算法功能，用户可以方便地通过平台提供的构件化设计方法，形成一个功能构件，为后续产品开发、调试、维护带来方便。

（3）可编程技术

本项目开发的轴承专用控制器，采用开放式设计理念，以满足轴承设备生产企业二次开发控制算法为目标，通过软硬件结合的设计方式，利用系统软件平台，可以便捷地进行现场程序更改、下载、扩展、调试等功能，从而可满足客户个性化要求及特殊场合的特殊需求。另外，通过项目开发的软件平台或操作器，实现了现场控制程序的在线诊断。为满足维护不当或长时间工作后某些I/O点损坏的可能，可以在现场更改异常逻辑输入或输出点到备用点而不用重新修改程序的功能，从而极大提高维护效率缩短维修时间。系统软件平台通过图形化算法设计环境实现控制算法设计，所有图元件以控件的形式提供给设计器使用，设计时，使用者在设计器上拖放控件来设计图形程序，实现构件和图基本组件的无缝结合。

如图2所示，本发明的软件系统主要包括引擎驱动生成模块、图编辑模块、编译生成模块、下载模块和在线调试诊断模块五大部分。系统先通过引擎驱动生成模块生成对应的系统引擎，包括系统初始化程序、驱动程序、调度程序等，为控制算法提供接口；然后通过图编辑模块编辑的图形程序图，再通过编译生成模块将图形程序编译生成对应硬件平台控制器的专用机器语言，嵌入到引擎模块中，构成系统运行程序；最后通过专用的协议，将编译生成模块生成的程序代码下载到系统硬件平台中。同时，用户可以通过在线调试诊断模块对控制程序进行现场在线调试诊断，从而有效保证程序的正确性及可靠性。

本发明包含轴承切削生产线的控制功能包含油压马达控制功能、主轴控制功能、工作台控制功能、夹具控制功能、加工节拍控制功能以及生产线关联控制功能等。

如图3所示，本发明的使用过程为：用户根据特定的加工工艺流程需求，利用图编程平台编制控制算法，再将控制算法下载到控制器，通过现场调试和维护，开发出能满足客户个性化要求并且具有自主知识产权的控制器，降低了控制器成本，提高了企业的竞争力。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。

Claims (4)

1.可编程轴承自动生产线专用控制器，其特征在于，包括图编程接口模块、电源模块、微处理模块、通讯模块、I/O接口模块和自动生产线调度模块，所述电源模块为各个模块提供电源，所述通讯模块、所述图编程接口模块和所述I/O接口模块与所述微处理模块连接，并受其控制，所述自动生产线调度模块连接所述I/O接口模块，所述自动生产线调度模块用于生产线关联控制、夹具控制、加工节拍控制、油压马达控制、工作台控制和主轴控制；

所述可编程轴承自动生产线专用控制器还包括一控制系统，所述控制系统包括引擎驱动生成模块、图编辑模块、编译生成模块、下载模块和在线调试诊断模块，所述的引擎驱动生成模块用于生成对应的系统引擎，包括系统初始化程序、驱动程序、调度程序，为控制算法提供接口，所述的图编辑模块运行于所述图编程接口模块，采用图形化的程序开发方法，所述的编译生成模块将所述图编辑模块编辑的图形程序编译生成对应硬件平台控制器的专用机器语言，嵌入到引擎驱动生成模块中，所述下载模块将所述编译生成模块生成的程序代码下载到系统硬件平台中，所述的在线调试诊断模块用于对控制程序进行现场在线调试诊断。

2.根据权利要求1所述的可编程轴承自动生产线专用控制器，其特征在于，所述电源模块采用单24V电源工作方式、抗反接电路。

3.根据权利要求1所述的可编程轴承自动生产线专用控制器，其特征在于，所述I/O接口模块采用全隔离的输入输出接口方式。

4.根据权利要求1所述的可编程轴承自动生产线专用控制器，其特征在于，所述通讯模块实现内部间数据传递以及外部RS232串口通信，并且支持常规的通信协议。