CN105759767A - 一种自动化生产车间的控制系统和方法 - Google Patents

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张海业
朱佳鹏
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Abstract

本发明公开了一种自动化生产车间的控制系统和方法，该系统包括远程模块、网络模块和终端模块，其中远程模块包括PC上位机和手机客户端，网络模块包括路由器和WiFi网关，终端模块包括终端协调器、终端节点、轮式机器人和加工机器。该方法包括A、提供和初始化远程模块、网络模块和终端模块；B、接收并解析来自加工机器的请求信息，根据请求信息的内容计算最优方案并传递到终端节点；C、终端节点根据最优方案，操作对应的加工机器和/或轮式机器人。本发明通过建立一个由路由器和基于ZigBee技术的通信装置组成的网络，提供一个抗干扰的通信系统，并可以通过远程控制现场的设备完成作业，以达到提高生产效率的目的。

Description

一种自动化生产车间的控制系统和方法
技术领域
本发明涉及电气化领域，尤其涉及一种自动化生产车间的控制系统和方法。
背景技术
目前，普遍的生产车间，包括三种运行模式。一、通过人工的操作进行上料、卸料和运输，人工操作跟机器相比，由于人工操作的时候可能会存在一些疏忽或者失误，例如在上料或者是在卸料的时候很可能会因为不小心碰到正在运转的机器或者是其它东西，轻则可能损坏加工后的产品，重则很可能会对工作人员造成生命威胁。而且人工的操作是很难保证每次搬料都可以用力均匀，难免会存在不当的操作或者是失误，这就大大地影响了产品的质量。如果机器在运行过程中，没有及时地上料或者是卸料，则很可能对机器造成损坏。二、使用机器以配合工作人员完成这些工作，例如采用PLC开发的系统，但是这不能实现一对多控制，而且时延长，这种方式属于半人工半智能。所以生产车间的每一台加工机器还是需要一个人甚至多个人负责，以保证这台机器的正常工作，这就大大地增加了操作人员的数量和生产的成本。三、使用其他无线技术开发的系统，但是生产车间是一个复杂的环境，周围存在很大的电磁干扰信号和阻碍信号传输的物体，很容易丢失传输的数据，无法进行有效的数据传输。
发明内容
本发明针对人工操作产生的效率和安全性问题，车间环境干扰问题，提供一种自动化生产车间的控制系统和方法。
本发明采用的技术方案为一种自动化生产车间的控制系统，包括远程模块、网络模块和终端模块，其特征在于：远程模块包括PC上位机或手机客户端，网络模块包括路由器和WiFi网关，终端模块包括终端协调器、终端节点、轮式机器人和加工机器；所述PC上位机、手机客户端与路由器连接，其连接方式包括PC上位机与路由器有线连接，手机客户端与路由器无线连接，PC上位机、手机客户端通过互联网与路由器连接；所述路由器与终端协调器连接；终端协调器通过终端节点与轮式机器人、加工机器连接，所述终端节点包括无线通讯系统、OLED显示屏模块和按键系统，通过串口的方式连接轮式机器人、加工机器，其中轮式机器人上的终端节点采用奇地址，加工机器上的终端节点采用偶地址。
优选地所述终端协调器与终端节点连接，搭建星形通信网络以协调终端节点接收和发送数据。
优选地所述路由器与广域网连接以搭建路由器局域网，使控制系统接入互联网。
优选地所述终端协调器搭载有WiFi网关，该网关作为协议转换器，实现由终端节点组成的局域网与由路由器组成的局域网连接。
优选地所述无线通讯系统采用ZigBee技术，组成包括终端节点和终端协调器的通信网络，实现数据的接收和发送。
优选地所述WiFi网关包括无线收发模块，通过串口与终端协调器连接，WiFi网关同时与路由器无线连接，WiFi网关作为中继器，实现终端协调器与路由器无线连接，进行信息数据的传输。
一种自动化生产车间的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：A、提供和初始化远程模块、网络模块和终端模块，其中，所述远程模块包括PC上位机或手机客户端，网络模块包括路由器和WiFi网关，终端模块包括终端协调器、终端节点、轮式机器人和加工机器；B、接收并解析来自加工机器的请求信息，根据请求信息的内容计算最优方案并传递到终端节点；C、终端节点根据最优方案，操作对应的加工机器和/或轮式机器人。
优选地所述步骤A还包括，在每一个终端节点初始化完成后通过无线通信系统返回自身地址给终端协调器，所述网络模块初始化包括路由器初始化和WiFi网关的初始化，所述网络模块通过串口与终端协调器相连接，初始化完成后WiFi网关通过终端协调器发送自身地址给路由器。
优选地所述远程模块初始化包括PC上位机、手机客户端的初始化，初始化完成后PC上位机、手机客户端会向终端节点发送请求获取地址命令，当PC上位机或者手机客户端接收到全部终端节点的地址后显示车间控制系统初始化成功。
本发明通过建立一个由路由器和基于ZigBee技术的通信装置组成的网络，提供一个抗干扰的通信系统，并可以通过远程控制现场的设备完成作业，以达到提高生产效率的目的。
附图说明
图1所示为根据本发明的一种自动化生产车间的控制系统的示意图；
图2所示为根据本发明的一种自动化生产车间的控制系统的方法流程的示意图；
图3所示为根据本发明的一种自动化生产车间的控制过程的示意图。
具体实施方式
结合下面的实施例对本发明进行解释。
如图1所示，一种自动化生产车间的控制系统，包括远程模块、网络模块和终端模块，其特征在于：远程模块包括PC上位机或手机客户端，网络模块包括路由器和WiFi网关，终端模块包括终端协调器、终端节点、轮式机器人和加工机器；
所述PC上位机、手机客户端与路由器连接，其连接方式包括PC上位机与路由器有线连接，手机客户端与路由器无线连接，PC上位机、手机客户端通过互联网与路由器连接；
实际工厂中，一部分的PC上位机、手机客户端会离终端的设备较近，此时PC使用有线连接和手机与路由器进行无线连接，都是有利于现场人员进行应急作业，同时考虑到远程作业的问题，也支持PC和手机通过互联网的方式与路由器相连，达到远程控制的目的。
所述路由器与终端协调器连接；
终端协调器通过终端节点与轮式机器人、加工机器连接，所述终端节点包括无线通讯系统、OLED显示屏模块和按键系统，通过串口的方式连接轮式机器人、加工机器，其中轮式机器人上的终端节点采用奇地址，加工机器上的终端节点采用偶地址。
轮式机器人与加工机器是命令的执行者，终端节点是命令执行者的附属器材，用于提供更多的功能，如无线通讯系统用于通信、OLED显示屏模块采用0.96寸液晶显示屏，用于显示终端节点和终端协调器的通信地址、运行模式和运行情况，按键系统为四行四列矩阵按键，用于手动输入通信地址、模式选择、系统调试和维护、输入校验码，方便对单个控制节点的操作，另外通过奇偶地址区分轮式机器人和加工机器上的控制节点。
终端协调器与终端节点连接，搭建星形通信网络以协调终端节点接收和发送数据。
路由器与广域网连接以搭建路由器局域网，使控制系统接入互联网。
控制系统接入互联网，能提供更远距离的控制能力。
终端协调器搭载有WiFi网关，该网关作为协议转换器，实现由终端节点组成的局域网与由路由器组成的局域网连接。
无线通讯系统采用ZigBee技术，组成包括终端节点和终端协调器的通信网络，实现数据的接收和发送。
ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE802.15.4标准的规定。
WiFi网关包括ESP8266串口的WiFi无线收发模块，通过串口与终端协调器连接，WiFi网关同时与路由器无线连接，WiFi网关作为中继器，实现终端协调器与路由器无线连接，进行信息数据的传输。
基于本发明的另一实施例，如图2所示，一种自动化生产车间的控制方法，包括以下步骤：A、提供和初始化远程模块、网络模块和终端模块，其中，所述远程模块包括PC上位机或手机客户端，网络模块包括路由器和WiFi网关，终端模块包括终端协调器、终端节点、轮式机器人和加工机器；B、接收并解析来自加工机器的请求信息，根据请求信息的内容计算最优方案并传递到终端节点；C、终端节点根据最优方案，操作对应的加工机器和/或轮式机器人。
所述步骤A还包括，在每一个终端节点初始化完成后通过无线通信系统返回自身地址给终端协调器，所述网络模块初始化包括路由器初始化和WiFi网关的初始化，所述网络模块通过串口与终端协调器相连接，初始化完成后WiFi网关通过终端协调器发送自身地址给路由器。
所述远程模块初始化包括PC上位机、手机客户端的初始化，初始化完成后PC上位机、手机客户端会向终端节点发送请求获取地址命令，当PC上位机或者手机客户端接收到全部终端节点的地址后显示车间控制系统初始化成功。
手机客户端和PC上位机分别安装有跟系统匹配的软件，用于向系统发送控制的信息数据和监视控制系统的运行情况，当控制系统的各个部分初始化成功之后软件操作界面会显示一个总开关，用于控制系统的开启。如果初始化不成功，操作界面是不会高亮显示的，直到系统各个部分初始化成功。
上述最优方案为通过计算轮式机器人的运行情况、是否在忙、电量信息、跟请求机器之间的距离等因素求出的行动方案。
如图3所示，一种自动化生产车间的控制过程，第一步、三个模块的初始化；第二步、PC上位机判断初始化是否正常；第三步、PC上位机控制系统开启；第四步、协调器（终端协调器）检测是否有请求信息，有则进行下一步，没有则结束流程；第五部、分析请求信息内容，如果是上料申请则分配最优的运输车（轮式机器人）运料并反馈信息，如果是卸料申请则分配最优运输车（轮式机器人）卸料并反馈信息；第六步、运输车完成任务之后返回待命。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (9)

1.一种自动化生产车间的控制系统，包括远程模块、网络模块和终端模块，其特征在于：
远程模块包括PC上位机或手机客户端，网络模块包括路由器和WiFi网关，终端模块包括终端协调器、终端节点、轮式机器人和加工机器；
所述PC上位机、手机客户端与路由器连接，其连接方式包括PC上位机与路由器有线连接，手机客户端与路由器无线连接，PC上位机、手机客户端通过互联网与路由器连接；
所述路由器与终端协调器连接；
终端协调器通过终端节点与轮式机器人、加工机器连接，所述终端节点包括无线通讯系统、OLED显示屏模块和按键系统，通过串口的方式连接轮式机器人、加工机器，其中轮式机器人上的终端节点采用奇地址，加工机器上的终端节点采用偶地址。
2.根据权利要求1所述的一种自动化生产车间的控制系统，所述终端协调器与终端节点连接，搭建星形通信网络以协调终端节点接收和发送数据。
3.根据权利要求1所述的一种自动化生产车间的控制系统，所述路由器与广域网连接以搭建路由器局域网，使控制系统接入互联网。
4.根据权利要求1所述的一种自动化生产车间的控制系统，所述终端协调器搭载有WiFi网关，该网关作为协议转换器，实现由终端节点组成的局域网与由路由器组成的局域网连接。
5.根据权利要求1所述的一种自动化生产车间的控制系统，所述无线通讯系统采用ZigBee技术，组成包括终端节点和终端协调器的通信网络，实现数据的接收和发送。
6.根据权利要求1所述的一种自动化生产车间的控制系统，所述WiFi网关包括无线收发模块，通过串口与终端协调器连接，WiFi网关同时与路由器无线连接，WiFi网关作为中继器，实现终端协调器与路由器无线连接，进行信息数据的传输。
7.一种自动化生产车间的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、提供和初始化远程模块、网络模块和终端模块，其中，所述远程模块包括PC上位机或手机客户端，网络模块包括路由器和WiFi网关，终端模块包括终端协调器、终端节点、轮式机器人和加工机器；
B、接收并解析来自加工机器的请求信息，根据请求信息的内容计算最优方案并传递到终端节点；
C、终端节点根据最优方案，操作对应的加工机器和/或轮式机器人。
8.根据权利要求7所述的一种自动化生产车间的控制方法，所述步骤A还包括，在每一个终端节点初始化完成后通过无线通信系统返回自身地址给终端协调器，所述网络模块初始化包括路由器初始化和WiFi网关的初始化，所述网络模块通过串口与终端协调器相连接，初始化完成后WiFi网关通过终端协调器发送自身地址给路由器。
9.根据权利要求7所述的一种自动化生产车间的控制方法，所述远程模块初始化包括PC上位机、手机客户端的初始化，初始化完成后PC上位机、手机客户端会向终端节点发送请求获取地址命令，当PC上位机或者手机客户端接收到全部终端节点的地址后显示车间控制系统初始化成功。
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