CN107272630B - 一种自动化生产线任务调度方法 - Google Patents

Abstract

一种自动化生产线任务调度方法，利用以太网通信接口，采用TCP/IP协议组建网络连接，实现对数控机床、工业机器人和AGV的自动控制和调度。在上位机中建立主线程，针对生产管理系统下发的生产任务，开启子线程调度AGV到仓库搬运码放在统一工装上的待加工料板至数控机床前的专用AGV泊位，通过自动泊位完成卸载，并遣返AGV；子线程命令工业机器人完成向数控机床进行上料操作，在工业机器人上料完毕后启动数控机床，进行零件加工；数控机床完成零件加工后再由工业机器人将零件下料至原抓取位置，所有零件加工完成后，调度AGV将该批次已加工工件运送回仓库。

Description

一种自动化生产线任务调度方法

技术领域

本发明属于工业自动化领域，涉及一种自动化生产线任务调度方法。

背景技术

随着智能制造技术的发展，工业机器人和数控机床得到广泛应用，其在机加行业前景广阔。目前的数控加工领域还多以人工操作为主，尤其在大型生产车间，数控机床设备众多，操作方法和工作方式各有不同，同时对于不同的产品，产品自身还有单独的加工特点和加工要求，因此需要工人不断地熟悉并协调上料、加工、下料的各个环节，不仅对工人技能提出了很高的要求，而且占用了大量人力成本，同时数控机床的利用率也不高；对于大批量零件生产，需要人工连续操作，工业机器人的应用将大幅改善目前的现状，生产线的自动化程度提高，严重制约了整体的生产效率提升。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种自动化生产线任务调度方法，该方法利用以太网通信接口，采用TCP/IP协议组建网络连接，实现对数控机床、工业机器人和AGV的自动控制和调度，具备自动运输待加工料板或工件、自动上下料和自动加工能力，同时兼顾了工业机器人和AGV的复用工作模式。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种自动化生产线任务调度方法，调度对象包括数控机床、AGV和工业机器人；

数控机床用于加工待加工料；AGV用于运输待加工料板或工件；工业机器人用于待加工料板上料或工件下料；

具体调度方法如下：

步骤S1、在上位机中基于windows平台建立一个主线程，将生产管理系统、数控机床、AGV、工业机器人、现场PLC作为节点，通过上述节点的IP和端口号，采用TCP/IP协议组建网络连接；其中主线程与生产管理系统、AGV、工业机器人、现场PLC采用基于TCP/IP协议的SOCKET通信方式，主线程与数控机床采用基于TCP/IP协议的数控机床SDK的连接函数；

步骤S2、主线程实时接收来自生产管理系统的任务指令，对接收到的任务指令进行解析得到解析结果，然后开启一个新的子线程，将解析结果作为指令发送给子线程；

步骤S3、子线程接收主线程下发的指令，首先命令AGV去库房装载待加工料板，装载完毕后运送至目标泊位，运送完毕后AGV返回待命点；然后命令工业机器人按待加工工件的顺序和编号进行待加工料板的上料；上料完成后，命令数控机床启动，数控机床加工待加工料板；数控机床加工完成，命令工业机器人将工件下料至待加工料板的原位置；该工件加工完成后，按上述步骤继续对下一工件进行上料、加工及下料操作，直至所有工件加工完毕；命令AGV到当前泊位，将已加工的工件运送回库房；

步骤S4、主线程撤销该子线程，释放子线程占用的所有资源。

上述自动化生产线任务调度方法，所述步骤S2中的解析结果包括：机床类型、机床编号、工业机器人编号、待加工料板的位置、待加工料板的加工顺序、加工数量、目标泊位、卸料泊位。

上述自动化生产线任务调度方法，所述SOCKET通信方式，其命令字符串的定义包括机床编号、机床类型、加工数量。

上述自动化生产线任务调度方法，所述AGV为复用小车，多个子线程同时对其有需求时，采用队列方式，先需要AGV的子线程先进队列，AGV优先响应队头需求，响应完毕后移除队列，然后响应队列中的下一个子线程。

上述自动化生产线任务调度方法，所述工业机器人为交叉工作模式，多个子线程同时对其有需求时，采用队列方式，工业机器人优先响应先发起任务的需求，需求任务完毕后移除队列，然后响应排列队列中的下一个任务需求。

上述自动化生产线任务调度方法，所述泊位具备气缸，载有待加工料板的AGV进入泊位后，气缸将待加工料板顶起，AGV退出泊位，气缸带着待加工料板一起降下，完成待加工料板自动化卸载；所有工件加工完毕下料后，气缸将料板顶起，AGV进入泊位，气缸降下，将料板放置在AGV上，完成自动化装载。

本方面相比于现有技术具有如下有益效果：

(1)本发明利用以太网通信接口，采用TCP/IP协议组建网络连接，原有机床在不增加任何接口的前提下即可接入网络，便于整个网络的组建，且改造、升级容易，组建成本低；

(2)本发明利用以太网通信接口采用TCP/IP协议组建的网络易于扩展，能够轻松的扩展或调整工业机器人或数控机床，可满足多种自动化生产任务的需要；

(3)本发明采用工业机器人自动上下料、AGV自动物流运输，简单实用快捷，大幅提升了生产线的工作效率；

(4)本发明的工业机器人和AGV均为复用工作模式，兼顾了设备成本、工作时间和生产效率等多方面因素。

附图说明

图1为本发明各节点的组网示意图；

图2为本发明以数控机床、AGV和工业机器人为对象的自动化生产线任务调度方法流程图；

图3为工业机器人上下料动作流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。

本方法的目的是对生产管理系统发出的生产任务，调度包括数控机床、AGV、工业机器人在内的生产设备，进行自动化生产，完成从原料出库到产品入库的生产任务。

本发明是以数控机床、AGV和工业机器人为对象的自动化生产线调度方法，具体实施步骤如下：

步骤S1：在上位机中基于windows平台采用C#建立一个主线程，采用TCP/IP协议，在主线程中通过生产管理系统的IP地址和端口号与生产管理系统建立连接；通过AGV的IP地址和端口号与AGV建立连接；通过工业机器人的IP和端口号与工业机器人建立连接；通过数控机床的IP和端口号与数控机床建立连接；通过现场PLC的IP地址和端口号与现场PLC建立连接。

主线程与生产管理系统、AGV、工业机器人、现场PLC采用基于TCP/IP协议的SOCKET通信方式，主线程与数控机床采用基于TCP/IP协议的数控机床SDK的连接函数，如图1所示；SOCKET命令字符串的定义包括机床编号、机床类型、加工数量。

步骤S2：主线程与生产管理系统和所有设备建立连接后，进入接收生产任务指令循环，不间断实时准备接收来自生产管理系统的生产任务指令。

步骤S3：主线程接收到任一来自生产管理系统的指令，对该指令进行解析，从中分离出机床类型、机床编号、工业机器人编号、待加工料板的位置、待加工料板的加工顺序、加工数量、目标泊位、卸料泊位。然后主线程开启一个子线程来实施生产任务，将解析结果作为指令发送给子线程。当主线程收到多个生产管理系统的指令时，可并行开启多个子线程实施生产任务。

步骤S4：通过子线程来调度设备完成生产任务，如图2所示，具体步骤为：

步骤S41：查询AGV的当前状态是否在待命位置，AGV为复用小车，多个子线程同时对其有需求时，采用队列方式，先需要AGV的子线程先进队列，AGV优先响应队头需求，响应完毕后移除队列，然后响应队列中的下一个子线程；如果AGV不在待命位置，则等待一秒继续查询，直到AGV的反馈状态为在待命位置；

步骤S42：查询AGV当前在待命位置后，子线程向AGV发送指令，命令其运行至库房，准备进入上料泊位；

步骤S43：在库房，工人在装载泊位上放置料板标准工装，然后将待加工料板码放在料板标准工装上，全部码放完毕后，通过生产管理系统通知当前子线程已经备料完毕；子线程向现场PLC发送指令，命令现场PLC控制泊位上气缸升起，泊位具备气缸，将待加工料板抬起；

步骤S44：子线程命令AGV进入泊位，当AGV进入到泊位中的指定位置后，子线程向现场PLC发送指令，现场PLC控制泊位气缸降下，待加工料板随着气缸的降下，落在AGV上，AGV装载完毕；

步骤S45：子线程向AGV发送退出泊位命令，当AGV退出到指定位置后，子线程向AGV发送指令，命令AGV运行至目标泊位并进入泊位；

步骤S46：当AGV进入到目标泊位位置后，子线程向现场PLC发送指令，现场PLC控制当前泊位气缸升起，将料板从AGV上撑起；

步骤S47：子线程命令AGV退出当前泊位，当AGV退出到泊位后，子线程向现场PLC发送指令，控制当前泊位气缸降下，待加工料板将落在泊位的固定点，子线程命令AGV返回到待命点。

步骤S5：待加工料板到位后，工业机器人对数控机床进行上料，工业机器人为交叉工作模式，多个子线程同时对其有需求时，采用队列方式，工业机器人优先响应先发起任务的需求，需求任务完毕后移除队列，然后响应排列队列中的下一个任务需求，数控机床对待加工料板进行加工，加工完毕后工业机器人进行下料，依次循环直至所有待加工件全部加工完成，如图3所示，其具体步骤为：

步骤S51：子线程向工业机器人发送上料和序号指令，工业机器人收到指令后，对该指令进行解析，执行动作之前通过工业机器人IO板控制数控机床自动门电磁阀，打开数控机床门，通过工业机器人IO板控制抓取气爪电磁阀，打开气爪；工业机器人运动至指定序号点的待加工料板位置，关闭气爪，抓取待加工料板至数控机床安装卡盘，气爪打开，工业机器人退出数控机床，通过工业机器人IO板控制机床卡盘电磁阀对安装卡盘锁紧，关闭数控机床门；

步骤S52：子线程向数控机床发送启动命令，数控机床启动，执行默认DNC数控程序，对安装卡盘上的待加工料板进行加工；数控机床启动之后，子线程每隔一秒查询一次数控机床的运行状态，直至数控机床加工完毕，运行状态查询结果为“停止”；

步骤S53：数控机床加工完成停止后，子线程向工业机器人发送下料和序号指令，工业机器人收到指令后对该指令进行解析，执行动作之前通过工业机器人IO板控制数控机床自动门电磁阀，打开数控机床门，通过工业机器人IO板控制抓取气爪电磁阀，打开气爪，工业机器人运动至数控机床卡盘位置，放松安装卡盘，关闭气爪，抓取加工完成的工件至待加工料板原上料位置，气爪打开，工业机器人回到安全位置，完成下料动作；

步骤S54：以上动作完成后，重复上料、加工、下料操作循环，直到料板上全部待加工料板加工完毕。

步骤S6：子线程向现场PLC发送指令，命令将当前泊位气缸升起，工件将随着气缸升起，子线程查询AGV当前在待命位置后，向AGV发送指令，命令其运行至当前泊位，查询AGV状态，直至AGV已到达目标泊位，子线程向现场PLC发送指令，命令将当前泊位气缸降下，工件将落在AGV上，子线程命令AGV退出泊位，运送工件至库房指定卸料泊位。子线程向现场PLC发送指令，将库房卸料泊位气缸升起，工件同时被撑起，命令AGV退出泊位，去往待命点。卸料泊位气缸落下，完成卸料动作。

步骤S7：主线程撤销该子线程，释放子线程占用的所有资源，即完成步骤S3接收到的来自生产管理系统下发的生产任务。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (3)

1.一种自动化生产线任务调度方法，其特征在于：调度对象包括数控机床、AGV和工业机器人；

数控机床用于加工待加工料；AGV用于运输待加工料板或工件；工业机器人用于待加工料板上料或工件下料；

具体调度方法如下：

步骤S1、在上位机中基于windows平台建立一个主线程，将生产管理系统、数控机床、AGV、工业机器人、现场PLC作为节点，通过上述节点的IP和端口号，采用TCP/IP协议组建网络连接；其中主线程与生产管理系统、AGV、工业机器人、现场PLC采用基于TCP/IP协议的SOCKET通信方式，主线程与数控机床采用基于TCP/IP协议的数控机床SDK的连接函数；

步骤S2、主线程实时接收来自生产管理系统的任务指令，对接收到的任务指令进行解析得到解析结果，然后开启一个新的子线程，将解析结果作为指令发送给子线程；解析结果包括：机床类型、机床编号、工业机器人编号、待加工料板的位置、待加工料板的加工顺序、加工数量、目标泊位、卸料泊位；

步骤S3、子线程接收主线程下发的指令，首先命令AGV去库房装载待加工料板，装载完毕后运送至目标泊位，运送完毕后AGV返回待命点；然后命令工业机器人按待加工工件的顺序和编号进行待加工料板的上料；上料完成后，命令数控机床启动，数控机床加工待加工料板；数控机床加工完成，命令工业机器人将工件下料至待加工料板的原位置；该工件加工完成后，按上述步骤S3继续对下一工件进行上料、加工及下料操作，直至所有工件加工完毕；命令AGV到当前泊位，将已加工的工件运送回库房；

步骤S4、主线程撤销该子线程，释放子线程占用的所有资源；

所述AGV为复用小车，多个子线程同时对其有需求时，采用队列方式，先需要AGV的子线程先进队列，AGV优先响应队头需求，响应完毕后移除队列，然后响应队列中的下一个子线程；

所述工业机器人为交叉工作模式，多个子线程同时对其有需求时，采用队列方式，工业机器人优先响应先发起任务的需求，需求任务完毕后移除队列，然后响应排列队列中的下一个任务需求。

2.根据权利要求1所述的一种自动化生产线任务调度方法，其特征在于：所述SOCKET通信方式，其命令字符串的定义包括机床编号、机床类型、加工数量。

3.根据权利要求1所述的一种自动化生产线任务调度方法，其特征在于：所述泊位具备气缸，载有待加工料板的AGV进入泊位后，气缸将待加工料板顶起，AGV退出泊位，气缸带着待加工料板一起降下，完成待加工料板自动化卸载；所有工件加工完毕下料后，气缸将料板顶起，AGV进入泊位，气缸降下，将料板放置在AGV上，完成自动化装载。