CN103885393A - 集群控制系统以及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集群控制系统以及其运行方法，该集群控制系统包括一操作面板、一主控制器、至少一从控制器、一集线器；该操作面板向该主控制器输出一操作指令，该主控制器根据该操作指令输出一控制命令至该集线器，该集线器将该控制命令发送至该些从控制器，该些从控制器根据接收到的该控制命令执行相应的控制操作。本发明克服了传统的CNC控制系统受到硬件接口限制、在多工位流水线应用中通常依赖人工进行干预以及用工费用高的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制系统，特别是一种集群控制系统以及其运行方法。
背景技术
传统的计算机控制机床（CNC）控制系统，往往受到硬件接口的限制，连接马达的数量是有限的，一般不会超过5个，即使加上所谓的电气辅助控制（PMC）轴，也不会超过8个。同时受到软件功能的限制，同时控制的路径数，一般不会超过2个。
在多工位流水线应用中，通常依赖工人进行干预，这样造成用工费用高居不下，特别是自动化流水线的效率降低。
传统的CNC控制系统，如果要构造多个系统之间的连接，往往依赖于输入输出（IO）信号。
这种连接方式，增加了IO信号的输入输出点，增加了连接复杂度，加大硬件上的成本投入，而且可交互的信息也非常有限，无法完成复杂的连接、数据交互。当需要连接2台以上控制器时，硬件成本成比例增长，连接复杂度更是呈指数级增长，给应用带来非常大的麻烦与困难。
网络之间互联的协议（IP）地址，所谓IP地址就是给每个连接在因特网上的主机分配的一个32比特的地址。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服传统的CNC控制系统受到硬件接口限制、在多工位流水线应用中通常依赖人工进行干预以及用工费用高的缺点，提供了一种集群控制系统以及其运行方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
一种集群控制系统，该集群控制系统包括有：一操作面板、一主控制器、至少一从控制器、一集线器；该操作面板与该主控制器连接，该主控制器与该集线器连接，该些从控制器分别与该集线器连接；
该操作面板用于向该主控制器发出一操作指令；
该主控制器根据该操作指令输出一控制命令至该集线器，该控制命令中包括一第一身份标识；
该集线器接收该控制命令，并将该控制命令发送至该些从控制器，该集线器还用于该主控制器以及该些从控制器之间的数据交换；
每个该从控制器存储有唯一的一第二身份标识，该从控制器判断接收的该集线器发送的该控制命令中的该第一身份标识与该第二身份标识是否相同，如果相同，则该从控制器根据该控制命令执行相应的控制操作。
较佳地，该集群控制系统还包括一显示单元，该显示单元与该主控制器相连，用于显示该操作面板的操作。
较佳地，该集群控制系统的该从控制器为2-253个。
较佳地，该控制命令中的该第一身份标识为一第一IP地址，该控制命令包括该从控制器需要执行的操作。
较佳地，该第二身份标识为一第二IP地址。
较佳地，该控制命令还包括一主控制器寄存器信息、一从控制器寄存器信息、一读取操作以及一写入操作。
较佳地，该从控制器还用于判断该控制命令中为该读取操作还是该写入操作，如果该控制命令中为该写入操作则该主控制器将该主控制器中的寄存器中的数据写入该从控制器中的寄存器中（该写入操作执行的主体为该从控制器），并返回一数据包至该主控制器，该主控制器根据该数据包判断该写入操作是否成功，如果不成功则该主控制器再次发送该控制命令；如该控制命令中为该读取操作，则该主控制器将该从控制器中的寄存器中的数据读取到该主控制器中的寄存器中。
较佳地，该主控制器以及该些从控制器独立控制连接到该主控制器以及该些从控制器的设备。
本发明还提供了一种集群控制系统的运行方法，该运行方法包括：
S1：通过该操作面板向该主控制器输入该操作指令；
S2：该主控制器根据该操作指令输出该控制命令；
S3：该主控制器将该控制命令发送至该集线器；
S4：该集线器将该控制命令发送至该些从控制器；
S5：该些从控制器接收该控制命令，判断该控制命令中的该第一身份标识与该第二身份标识是否相同，如果相同，则执行步骤S6；
S6：该从控制器根据该控制命令中该从控制器需要执行的操作执行相应的操作。
本发明还提供了一种集群控制系统的运行方法，该运行方法包括：
T1：通过该操作面板向该主控制器输入该操作指令；
T2：该主控制器根据该操作指令输出该控制命令；
T3：该主控制器将该控制命令发送至该集线器；
T4：该集线器将该控制命令发送至该些从控制器；
T5：该些从控制器接收该控制命令，判断该控制命令中的该从控制器的该第一IP地址与该从控制器中存储的该第二IP地址是否相同，如果相同，则接受该控制命令；
T6：该从控制器读取该控制命令，如果该控制命令中为该写入操作，则执行步骤T7以及T8，如果该操作命令中为该读取操作，则执行步骤T9、；
T7：该主控制器将该主控制器中的寄存器中的数据写入该从控制器中的寄存器中，并返回一数据包至该主控制器；
T8：该主控制器根据该数据包判断该写入操作是否成功，如果不成功，则再次执行步骤T3，如果成功则结束流程；
T9：该主控制器将该从控制器中的寄存器中的数据读取到该主控制器中的寄存器中，在此读取过程中，该从控制器将该从控制器的寄存器中的数据装入一数据包中，并将该数据包发送至该集线器，再由该集线器发送至该主控制器，该主控制器对该数据包进行分析，将该数据包中的数据读取到该主控制器的寄存器中，该主控制器会定时向该从控制器发出带有该读取操作的该控制命令来定时读取该从控制器的寄存器中的数据。
该写入操作，是将该主控制器的寄存器中的数据，写入该从控制器寄存器中，具体方式为：该主控制器发送该控制命令，该控制命令中包括该写入操作以及需要写入的数据，该从控制器接收该控制命令，根据该写入操作，从该控制命令中取出需要写入的数据，将数据写入到该从控制器的寄存器中。
该读取操作，是将该从控制器中的数据，读取到该主控制器寄存器中，具体方式为：该主控制器发送该控制命令，该控制命令中包括该读取操作，该从控制器接收到该控制命令，根据该读取操作，将该从控制器的寄存器中的数据装入该数据包，并将该数据包返回给主控制器。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：通过该集群控制系统，多台控制器之间可以实现通讯，构造成一个集群，扩大了控制轴数以及控制路径数，克服了传统的CNC控制系统受到硬件接口限制、在多工位流水线应用中通常依赖人工进行干预以及用工费用高的缺点。
附图说明
图1为本发明的实施例1中的集群控制系统的框图。
图2为本发明的实施例2中的集群控制系统的运行方法的流程图。
图3为本发明的实施例3中的集群控制系统的另一运行方法的流程图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
如图1所示，本实施例中的集群控制系统包括有：一操作面板1、一主控制器2、至少一从控制器4、一集线器3；该操作面板1与该主控制器2相连，该操作面板1用于向该主控制器2发出一操作指令，用户直接在操作面板1上输入操作指令，该操作指令会发送至该主控制器2；
该操作面板1还连接有一显示单元，该显示单元用于显示该操作面板的操作；
该主控制器2以及该些从控制器4采用G-SPEED控制器，该G-SPEED控制器是一套独立的应用于数控机床上的CNC控制系统，涵括了软件、硬件部分，与通用CNC系统一样，可以独立的完成一台加工中心、钻铣中心、车床、车铣复合等等机床的控制，也能够支持双路径控制；将该G-SPEED控制器采用以太网（Ethernet）连接后，多台控制器之间，可以通过运动控制器连接接口（MI）通讯协议，构造成一个集群，使运动控制不受限于单台G-SPEED控制器的软硬件限制，理论上可以将控制轴数、控制路径数扩大254倍；
如上所述，该主控制器2通过Ethernet与该些从控制器4进行通信，因此在本实施例中，要实现主控制器2与该些从控制器4的通信需要通过该集线器3将该主控制器2以及该些从控制器4互相连接；集线器的英文称为“Hub”，“Hub”是“中心”的意思，集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上；
本实施例中，原4台磨削加工（滚道磨削、档边磨削、内径磨削、滚道超精）机床，以及1台内径尺寸检测机床，共5台机床，配合上下料装置构成的磨削流水线，占地面积超过40m2；通过集群控制，改造为操作单元只有1个、128个输入、96个输出、9个伺服电机、7个变频器电主轴；将原上下料改造为机械手工位，调整为6个工位，占地面积不超过10m2的一体机；在本实施例中控制这些机床只需要该主控制器2以及该些从控制器4总共3台G-SPEED控制器，其中一台G-SPEED控制器为该主控制器2，另外两台为该从控制器4，该集群控制系统的该主控制器2可以由用户任意指定；每个G-SPEED控制器都存储有一个唯一的身份标识，在本实施例中为一第二IP地址；通过指定各自的IP地址，由MI通讯协议完成所有主从控制器之间的数据交互，构成一个控制器集群；一个控制器集群中，只允许指定一台主控制器；不管是主控制器，还是从控制器，都可以同时独立控制连接到该控制器本身的设备，可能是流水线上的一部分工序，也可能是一台独立的机床，或者是负责搬运工件的工业机器人；
MI通讯是由该主控制器2发起，该些从控制器4对该主控制器2的控制命令做出回应；所有的通讯消息，即该操作指令，需要先在该主控制器2的MI协议栈中注册，注册的内容包括：一第一IP地址、主控制器寄存器信息、从控制器寄存器信息、从控制器需要执行的操作、读取操作或者写入操作，注册之后输出一控制命令，该控制命令包括上述注册的内容；
该控制命令通过Ethernet发送至该集线器3，该集线器3通过Ethernet将该控制命令发送至该些从控制器4；该些从控制器4接收到该控制命令后，将该控制命令中的该第一IP地址与该从控制器4本身存储的该第二IP地址进行比较，如果相同，则该从控制器4接收该控制命令，并根据该控制命令对连接到该从控制器4的设备进行相应的操作，同时根据接收到的控制命令中的读取或写入操作进行数据读取或写入操作，如果该控制命令中为读取操作，则该主控制器2将存储在从控制器寄存器中的数据根据该控制命令中的该从控制器寄存器信息以及该主控制器寄存器信息读取到主控制器寄存器中，如果该控制命令中为写入操作，则该主控制器2将主控制器寄存器中的数据根据该控制命令中的该从控制器寄存器信息以及该主控制器寄存器信息写入到从控制器寄存器中。
实施例2
如图2所示，如实施例1所述的该集群控制系统的运行方法如下：
步骤101：用户通过该操作面板向该主控制器输入该操作指令；
步骤102：该主控制器根据该操作指令输出该控制命令；
步骤103：该主控制器将该控制命令发送至该集线器；
步骤104：该集线器将该控制命令发送至该些从控制器；
步骤105：该些从控制器接收该控制命令，判断该控制命令中的该第一IP地址与该从控制器中存储的该第二IP地址是否相同，如果相同，则接受该控制命令；
步骤106：该从控制器根据该控制命令中该从控制器需要执行的操作执行相应的操作。
实施例3
如图3所示，如实施例1所述的该集群控制系统的另一运行方法如下：
步骤201：通过该操作面板向该主控制器输入该操作指令；
步骤202：该主控制器根据该操作指令输出该控制命令；
步骤203：该主控制器将该控制命令发送至该集线器；
步骤204：该集线器将该控制命令发送至该些从控制器；
步骤205：该些从控制器接收该控制命令，判断该控制命令中的该第一IP地址与该从控制器中存储的该第二IP地址是否相同，如果相同，则接受该控制命令；
步骤206：该从控制器读取该控制命令，如果该操作命令中为该写入操作，则执行步骤207以及步骤208，如果该操作命令中为该读取操作，则执行步骤209；
步骤207：该主控制器将该主控制器中的寄存器中的数据写入该从控制器中的寄存器中，并返回一数据包至该主控制器；
步骤208：该主控制器根据该数据包判断该写入操作是否成功，如果不成功，则再次执行步骤203，如果成功则结束流程；
步骤209：该主控制器将该从控制器中的寄存器中的数据读取到该主控制器中的寄存器中，在此读取过程中，该从控制器将该从控制器的寄存器中的数据装入一数据包中，并将该数据包发送至该集线器，再由该集线器发送至该主控制器，该主控制器对该数据包进行分析，将该数据包中的数据读取到该主控制器的寄存器中，该主控制器会定时向该从控制器发出带有该读取操作的该控制命令来定时读取该从控制器的寄存器中的数据。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种集群控制系统，其特征在于，该集群控制系统包括有：一操作面板、一主控制器、至少一从控制器、一集线器；该操作面板与该主控制器连接，该主控制器与该集线器连接，该些从控制器分别与该集线器连接；
该操作面板用于向该主控制器发出一操作指令；
该主控制器根据该操作指令输出一控制命令至该集线器，该控制命令中包括一第一身份标识；
该集线器接收该控制命令，并将该控制命令发送至该些从控制器，该集线器还用于该主控制器以及该些从控制器之间的数据交换；
每个该从控制器存储有唯一的一第二身份标识，该从控制器判断接收的该集线器发送的该控制命令中的该第一身份标识与该第二身份标识是否相同，如果相同，则该从控制器根据该控制命令执行相应的控制操作。
2.如权利要求1所述的集群控制系统，其特征在于，该集群控制系统还包括一显示单元，该显示单元与该主控制器相连，用于显示该操作面板的操作。
3.如权利要求1或2所述的集群控制系统，其特征在于，该集群控制系统的该从控制器为2-253个。
4.如权利要求1或2所述的集群控制系统，其特征在于，该控制命令中的该第一身份标识为一第一IP地址，该控制命令包括该从控制器需要执行的操作。
5.如权利要求4所述的集群控制系统，其特征在于，该第二身份标识为一第二IP地址。
6.如权利要求5所述的集群控制系统，其特征在于，该控制命令还包括一主控制器寄存器信息、一从控制器寄存器信息、一读取操作或者一写入操作。
7.如权利要求6所述的集群控制系统，其特征在于，该从控制器还用于判断该控制命令中为该读取操作还是该写入操作，如果该控制命令中为该写入操作则该主控制器将该主控制器中的寄存器中的数据写入该从控制器中的寄存器中，并返回一数据包至该主控制器，该主控制器根据该数据包判断该写入操作是否成功，如果不成功则该主控制器再次发送该控制命令；如该控制命令中为该读取操作，则该主控制器将该从控制器中的寄存器中的数据读取到该主控制器中的寄存器中。
8.如权利要求1或2所述的集群控制系统，其特征在于，该主控制器以及该些从控制器独立控制连接到该主控制器以及该些从控制器的设备。
9.一种如权利要求1所述的集群控制系统的运行方法，该运行方法包括：
S1：通过该操作面板向该主控制器输入该操作指令；
S2：该主控制器根据该操作指令输出该控制命令；
S3：该主控制器将该控制命令发送至该集线器；
S4：该集线器将该控制命令发送至该些从控制器；
S5：该些从控制器接收该控制命令，判断该控制命令中的该第一身份标识与该第二身份标识是否相同，如果相同，则执行步骤S6；
S6：该从控制器根据该控制命令中该从控制器需要执行的操作执行相应的操作。
10.一种如权利要求7所述的集群控制系统的运行方法，该运行方法包括：
T1：通过该操作面板向该主控制器输入该操作指令；
T2：该主控制器根据该操作指令输出该控制命令；
T3：该主控制器将该控制命令发送至该集线器；
T4：该集线器将该控制命令发送至该些从控制器；
T5：该些从控制器接收该控制命令，判断该控制命令中的该从控制器的该第一IP地址与该从控制器中存储的该第二IP地址是否相同，如果相同，则接受该控制命令；
T6：该从控制器读取该控制命令，如果该控制命令中为该写入操作，则执行步骤T7以及T8，如果该操作命令中为该读取操作，则执行步骤T9、；
T7：该主控制器将该主控制器中的寄存器中的数据写入该从控制器中的寄存器中，并返回一数据包至该主控制器；
T8：该主控制器根据该数据包判断该写入操作是否成功，如果不成功，则再次执行步骤T3，如果成功则结束流程；
T9：该主控制器将该从控制器中的寄存器中的数据读取到该主控制器中的寄存器中。
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Address after: Room 5124, building C, 555 Dongchuan Road, Minhang District, Shanghai 200241 Patentee after: SHANGHAI LYNUC NUMERICAL CONTROL TECHNOLOGY CO.,LTD. Address before: Room 5124, building C, 555 Dongchuan Road, Minhang District, Shanghai 200241 Patentee before: SHANGHAI LYNUC CNC TECHNOLOGY Co.,Ltd. |