CN107924179A

CN107924179A - 工业机器系统及控制工业机器的方法

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Publication number: CN107924179A
Application number: CN201680047489.5A
Authority: CN
Inventors: M·诺博格·奥尔森
Original assignee: Tomo Logic Co Ltd
Current assignee: Tomo Logic Co Ltd
Priority date: 2015-08-14
Filing date: 2016-05-04
Publication date: 2018-04-17
Anticipated expiration: 2036-05-04
Also published as: KR20180041664A; EP3130975A1; CN107924179B; JP2018523252A; US10754330B2; JP6954902B2; US20180224833A1; WO2017028969A1; KR102418784B1; EP3335088A1

Abstract

本发明涉及一种包括机器(1)和远程计算系统(6)的工业机器系统，机器(1)包括用于执行工业操作的致动器系统(2)并且远程计算系统(6)包括机器控制器(9)。机器控制器远程连接到机器，并被配置为远程控制机器的致动器系统。本发明还涉及一种控制工业机器的方法。

Description

工业机器系统及控制工业机器的方法

技术领域

本发明涉及用于执行工业操作(包括例如2D和3D光束切割、管切割、锯切、机械加工、铣削、车削、冲切、冲压、压断、折弯、焊接、组装操作)的工业机器系统以及这种机器的组合和这种机器的工业自动化，用于将材料和/或部件运输到工业机器和部件并且将废料从工业机器运走，并且涉及控制工业机器的方法。

背景技术

工业机器系统可以包括具有致动器系统的机器，该致动器系统用于提供机器部件或操作设备与工件之间的相对运动。工业机器系统的非限制性示例包括用于2D和3D光束切割、管切割、锯切、机械加工、铣削、车削、冲切、冲压、压断、折弯、焊接、组装操作，以及这种机器的组合和这种机器的工业自动化。

按照惯例，这种机器具有向致动器系统给出指令的CNC(计算机化数字控制)单元、NC(数字控制)单元和/或PLC(可编程逻辑控制)单元，以执行所需的移动，以便执行工业操作。该机器还具有包括计算机的机器控制器，计算机可以具有常规操作系统(诸如Windows或Linux)，并且计算机被配置为基于机器控制器指令向CNC/NC/PLC单元给出指令，诸如G-代码或XML。机器控制器包括或连接到HMI，并且被配置为读取程序并搜集处理参数，从而产生给CNC/NC/PLC单元的完整指令，用于由包括在机器中的致动器系统执行。按照惯例，CNC/NC/PLC单元和机器控制器都被物理地包括在工业机器中，并且工业机器形成独立且自包含的工业机器系统，其中机器控制器形成机器的必要且物理连接的部分。

通常，这种机器是CNC(计算机化数字控制)系统的一部分。CNC系统可以被定义以包括在本申请中被称为机器的机床、作为机器遵循的详细命令集的部分(part)程序和作为存储程序并将命令执行为机床的动作的计算机的机器控制器(或机器控制单元)。

这种类型的常规工业机器系统具有其优点。机器本身形成自包含的系统，可以单独自己运行。因此，这已成为工业机器的事实标准。

但是，为了提高机器的效率和可操作性，期望从远程位置控制这种机器。在US 7761 551 B2中公开了一种系统，该系统借助于服务计算机与机器上的机器控制之间的安全通信来提供对机器的远程控制。

本发明旨在通过革新工业机器的这种标准配置来进一步改进工业机器系统。

发明内容

本发明的目标是能够简化和改进工业机器的操作、促进机器系统的服务并且允许工业机器的更灵活的监视和控制。

因此，本发明涉及一种包括机器和远程计算系统的工业机器系统，机器包括用于执行工业操作的致动器系统，远程计算系统包括机器控制器，其中机器控制器远程连接到机器，并且其中机器控制器被配置为远程控制机器的致动器系统。

由致动器系统执行的工业操作可包括致动器系统的致动器和工件相对于彼此的二维或三维移动，致动器系统包括用于在低级别控制致动器的致动器控制器。

工业机器系统还包括远程计算系统和远离机器的机器控制器，其中通信客户端可以布置在机器处，以连接到致动器控制器并用于建立与所述远程计算系统的通信，机器控制器被配置为经由致动器控制器远程控制致动器系统。

因此，根据本发明的实施例，机器中不包含机器控制器，使得机器仅可以经由远程连接的机器控制器来操作。另外，由于机器中不包含机器控制器，因此不可能从远程位置镜像机器控制器。代替地，需要在远程位置提供完整的机器控制器，以便实现功能全面的工业机器系统。

致动器控制器可以是在低级别控制至少一个致动器的计算机化数字控制(CNC)单元。

机器可以包括用于存储被传送到远程机器控制器用于决定和分析的数据的计算机可读存储介质。

远程机器控制器和/或工业机器系统可以连接到一个或多个工业自动化解决方案，用于将工件运输到工业机器系统以及将工件或废料从工业机器系统运走。

机器可以是机床，例如用于2D和3D光束切割、管切割、锯切、机械加工、铣削、车削、冲切、冲压、压断、折弯、焊接、组装操作的机器，以及这种机器的组合和这种机器的工业自动化，用于将材料和/或部件运输到工业机器以及将部件和废料从工业机器运走。

在本发明性系统中，机器控制器从机器移除并与其相距一定距离定位。通常，机器控制器包括或连接到HMI，用于读取程序和控制机器。通过将机器控制器从机器中移除并通过将其包括在远程计算系统中而将其连接到致动器系统，降低了机器的整体成本和机器的复杂性。机器控制器本身的服务被促进，因为它可以在远离机器的位置集中执行。机器也可以从各种远程计算设备访问。若干工业机器的完整组装的操作可以通过由公共的远程计算系统共同控制它们来促进。例如，可以布置一个机器控制器来控制若干台机器。因此，本发明还提供了操作和维护工业机器的新途径，因为必要的机器控制器可以处于远程计算系统的控制下，并且机器可能不再能够单独自己操作。因此，机器本身将不包括机器控制器或HMI。机器将仅配有诸如开/关按钮、紧急停止按钮等更简单的命令。

在这方面，远程装置指示与机器分离并且不物理连接到机器的装置。远程计算系统可以是专用服务器系统，或者可以包含在通用服务器系统(即，云计算系统)中。因此，机器的监视和控制不必须物理存在。

机器可以包括被配置为与机器控制器通信的通信客户端。通信客户端是使机器或机器的任何子部件能够与机器控制器通信的功能单元，并且可以是硬件和/或软件实现的。作为替代，机器的任何子部件(诸如致动器控制器)可以被配置为自己连接到机器控制器。机器控制器可以被配置成通过发送机器代码指令来远程控制机器的致动器系统。通信优选地以无线方式执行，但是机器优选地还提供有用于经由电线/电缆连接到远程机器控制器的端口。机器控制器包括用于加载用于与机器通信并由机器执行的程序的装置。

由此，机器包括用于在机器和远程计算系统之间建立并维护通信信道的最小级别的计算能力。

机器控制器可以经由互联网连接或其它远程连接(诸如Wi-Fi、蓝牙等)远程连接到机器。连接可以经由防火墙和/或代理服务器。远程计算系统与机器之间的任何连接可以被进一步加密，以增加可能敏感的加工数据的隐私。加密可以通过TLS(传输层安全性)HTTPS(在由传输层安全性或安全套接字层加密的连接内经超文本传输协议的通信)或VPN(虚拟专用网络)提供。

机器控制器可以被托管在远程计算系统中的虚拟机器中。因此，与机器相关联的成本可以降低。机器控制器的远程可访问性增加了，从而促进例如机器维护。该解决方案还允许集成和数据挖掘，用于例如材料供应链以及机器能力的使用的优化。

该系统可以包括致动器控制器，例如，CNC(计算机化数字控制)单元、NC(数字控制)单元和/或PLC(可编程逻辑控制)单元和/或与致动器交换机加工指令的另一个处理器。机器控制器可以被配置为经由致动器控制器远程控制机器的致动器系统。因此，机器可以通过低级机器指令在低级上进行控制，同时允许远程控制并因此允许降低成本并改进可访问性。机器控制器可以经由致动器控制器经由数据传送链路和/或其它(一个或多个)处理器连接到机器的致动器系统。致动器控制器(例如，NC/PLC单元)被配置为传送由致动器系统进行数字执行的指令，即，执行既定的移动、旋转等。

致动器控制器可以被包括在机器中。

因此，致动器控制器与致动器系统之间的通信路径可以被最小化。

远程计算系统可以被配置为修改致动器控制器的操作参数。因此，机器可以从远程位置，例如，不需要物理存在而进行控制。

机器控制器可以被连接到HMI(人机接口)单元。HMI可以由机器的操作者用来输入/输出数据并且监视机器及其操作。HMI单元可以经由互联网连接远程连接到机器控制器。因此，可以选择HMI单元相对于机器和相对于远程计算系统的位置，并且操作员可以监督和控制机器，而不需要物理地存在于机器或机器控制器处。连接可以经由防火墙和/或代理服务器，和/或可以进一步被加密，以增加可能敏感的数据的隐私。加密可以通过TLS(传输层安全性)HTTPS(在由传输层安全性或安全套接字层加密的连接内经超文本传输协议的通信)或VPN(虚拟专用网络)提供。HMI和/或远程计算系统可以被配置为要求操作者的用户识别，例如，通过要求密码或其它识别装置。

机器可以包括用于监视机器的操作的监控单元，并且其中监控单元可以连接到远程计算系统并且被配置为向远程计算系统提供操作信息。监控单元可以是成像设备(诸如相机等)，并且可以允许远程监视和做出决定。

致动器系统可以包括至少一个致动器，致动器被配置为控制工件与机器的操作设备的相对移动，以执行工业操作。

机器可以包括传感器系统，其中机器控制器远程连接到传感器系统，以接收传感器数据，并且其中机器控制器被配置为响应于传感器数据而远程控制机器的致动器系统。因此，机器的复杂性可以被降低并且限于将数据提供给数据可以被处理以及机器被控制的远程计算系统。

机器控制器可以被配置为从CAD/CAM系统或者从操作者接收机器程序。

远程计算系统可以被配置为监视机器的操作参数，并且当操作参数超过阈值时禁用机器控制器对机器的致动器系统的远程控制。操作参数可以是例如机器的操作时间、机器的操作循环次数等。因此，例如，机器的可处置性可以被控制并限于例如机器的有限运行时间、机器的有限次数的操作循环等。

远程计算系统可以被配置为收集机器和/或生产数据，并将机器和/或生产数据传送到另一个系统，用于例如供应链、需求链、维护或其它大数据的数据分析和/或优化。

本发明还涉及一种控制工业机器的方法，包括：

-提供一种机器，该机器包括用于执行工业操作的致动器系统，致动器系统包括至少一个致动器，致动器被配置为控制工件与操作设备的相对运动，

-建立致动器系统和包括从机器移除的机器控制器的远程计算系统之间的通信链路，

-由机器控制器通过通信链路并经由包括在机器中的致动器控制器来远程控制机器的致动器系统的至少一个致动器。

由机器控制器远程控制机器的致动器系统可以包括发送机器代码指令。

通信链路可以经由防火墙和/或代理服务器。

通信链路可以经由互联网连接或其它远程通信技术(诸如Wi-Fi、蓝牙等)。

通信链路可以被加密，诸如使用TLS/HTTPS或VPN。

机器控制器可以被托管在远程计算系统中的虚拟机器中。

该方法可以包括提供用于控制机器控制器的HMI(人机接口)。HMI可以由机器的操作者使用。

该方法可以包括经由互联网连接或经由其它远程通信技术(诸如Wi-Fi、蓝牙等)在HMI单元和机器控制器之间建立通信链路。

机器可以包括传感器系统，其中传感器数据从传感器系统发送到机器控制器，并且其中该方法可以包括响应于传感器数据而远程控制机器的致动器系统。

本发明还涉及包括计算机程序代码的计算机程序产品，当计算机程序代码被执行时，使得计算机中的处理器能够执行本文公开的方法。

本发明还涉及一种或多种非瞬态计算机可读介质，包括代表被配置为用于由计算机中的处理器执行的编码指令集的数据，指令包括如本文公开的方法。

系统、计算机程序产品和非瞬态计算机可读介质提供了与本文公开的方法的对应特征相关地提及的类似优点。

附图说明

现在将参考附图描述与本发明相关的各种实施例和示例，其中：

图1示出了根据一个实施例的工业机器系统。

图2示出了根据另一个实施例的工业机器系统。

图3示出了控制工业机器的方法。

具体实施方式

在图1中示出了工业机器系统。该系统包括机器1，诸如用于激光切割、焊接、摩擦搅拌焊接、超声焊接、火焰和等离子切割、折弯、旋压、打孔、钉扎、胶合、织物切割、缝合、胶带和纤维放置、路由、拾放以及锯切的机器。

该机器包括用于执行工业操作的致动器系统2。致动器系统包括至少一个致动器(即，用于直线或旋转移动的马达)。通常，致动器系统被配置为用于执行机器的操作零件与工件相对于彼此的至少二维或三维移动。

致动器系统由CNC(计算机化数字控制)、NC(数字控制)或PLC(可编程逻辑控制)单元形式的致动器控制器3控制。致动器控制器在低级别控制致动器，即，通过发送用于致动器系统的致动的低级别控制命令。致动器系统经由机器内部通信网络4(例如，包括通信总线)连接到致动器控制器。

机器可选地包括其它系统(诸如用于感测机器的各种处理参数的传感器系统10，以及用于处理器、网络、通信链路或者用于发送数据和做出决定的其它计算设备的其它控制器11)。这些系统还连接到机器公共的内部通信网络4和远程计算系统，使得机器控制器远程连接到传感器系统，以接收传感器数据。机器控制器还被配置为响应于传感器数据而远程控制机器的致动器系统。

机器还包括连接到致动器控制器3的通信客户端5，用于建立与远程计算系统6的通信。通信客户端是使机器或机器的任何子部件能够与机器控制器通信的功能单元，并且可以是硬件和/或软件实现的。远程计算系统可以是连接到互联网的基于云的计算系统。通信客户端5和远程计算系统可以被配置为经互联网(例如，通过由HTTPS/TSL发起加密的通信或者通过建立VPN(虚拟专用网络))建立彼此的安全通信7。在一个替代方案中，通信客户端与远程计算系统之间的通信可以经防火墙或代理服务器8来建立。作为另一个替代方案，机器的任何子组件(诸如致动器控制器3)可以被配置为自己连接到远程计算系统6。

远程计算系统6包括机器控制器9，其中机器控制器远程连接到机器，并且其中机器控制器被配置为通过修改致动器控制器的操作参数来经由致动器控制器远程控制机器的致动器系统。

机器控制器9被托管在远程计算系统6中的虚拟机器中。以那种方式，机器控制器资源可以以高效的方式被利用。机器控制器可以例如被配置为读取和执行机器程序代码、控制机器参数、允许手动控制或调节机器参数，并用作到相关联的系统的接口。机器控制器连接到HMI(人机接口)单元12，HMI单元12可以经由互联网连接13远程连接到机器控制器或者包括在机器控制器中。无论以哪种方式，机器的操作者都可以从远程位置(例如，连接到互联网)监督并控制机器的操作。HMI单元12和/或远程计算系统6可以被配置为要求操作者的用户识别，例如，通过要求密码或其它识别装置。

下面描述如图1中所示的本发明系统的非限制性实施例。在机器1上本地包括致动器系统2，致动器系统2包括用于执行机加工操作的致动器。致动器控制器3是致动器系统2的一部分或连接到致动器系统2。致动器控制器被配置为接收来自远程机器控制器的指令并且在闭环系统中逐块地执行指令。因此，由致动器执行的每个任务都被监视，并且在完成子操作之后，该致动器或另一个致动器将执行下一个子操作，直到整个操作完成。这意味着机器的致动器的操作由致动器控制器在低级别控制。致动器控制器通常包括存储器和处理器，以便保存和执行指令并记录数据。致动器系统不涉及常规的机器控制器或HMI。机器的致动器系统因此依赖于从远程机器控制器接收指令。但是，一旦完整的工作指令集或其既定的子集已经被接收到并通过验证，它就可以被执行，而无需来自机器控制器的进一步指令。工作指令的子集可以是整个机器操作的一部分，但是至少涉及让致动器系统执行完整操作的一部分的足够信息。操作优选地在机器内的闭环系统中逐步执行。机器仅配有简单的功能，诸如紧急停止按钮和开/关按钮。除此之外，机器依赖于来自远程机器控制器的命令来操作。

机器控制器物理上远离机器定位，通常位于云中。正在进行的处理的监视、指令的加载、指令的修改和新指令的创建可以只在远程机器控制器上进行。因此，本发明性机器控制器与常规的机器控制器对应，只是它不是机器的物理部分，而是远程连接到机器。由机器控制器和互连的HMI监视和控制的指令包括操作参数(诸如切割速度、切割深度、压力等)。机器控制器不是致动器控制器的闭环系统的一部分。因此，除非从机器控制器发送新的指令，否则机器上的致动器系统将结束(conclude)一个完全接收到了的操作指令，而不等待进一步的指令，除非从机器控制器接收到用于结束或更改操作的具体指令。但是，通常指令只为完整的操作提供，因此新的指令将只对后续操作而不为正在进行的操作有价值(countfor)。这可以被设置为安全布置，但是由操作者决定应当实现哪种类型的操作安全性。

机器控制器被配置为逐条发送指令、或发送在一个批处理系统中的若干指令。可以使用任何常规的发送信息的方式。机器控制器还被配置为接收信息并基于所述信息做出决定。例如，机器控制器可以基于所述反馈对反馈数据起作用并做出决定和/或发送新的指令。

本发明性系统提供了远程控制工业机器的可能性，而没有由于通信不良(例如，由于互联网等待时间)而引起命令丢失的风险。例如，因为在致动器控制器处接收到操作并完全确认，所以这得到确保。

为了便于监控，机器包括监控单元14(诸如相机)，用于监视机器的操作。监控单元经由通信客户端5连接到远程计算系统6，并被配置为向远程计算系统提供操作信息。操作信息被处理并发送到HMI 12。

机器控制器被配置为从CAD/CAM系统或者通过从操作者手动输入(例如，经由HMI单元12)来接收机器程序。

在一个实施例中，远程计算系统被配置为监视机器的操作参数，并且当操作参数超过阈值时禁用机器控制器对机器的致动器系统的远程控制。这种操作参数可以是操作时间、由机器执行的操作循环的次数等。因此，可以通过限制对机器控制器的访问来控制和限制机器的操作成本和使用。

远程计算系统被配置为收集机器和/或生产数据，并将数据传送到另一个系统(未示出)，用于数据分析和/或优化。机器数据可以用于例如优化供应链(采购、制造、分销)、需求链(营销、销售、服务)、机器维修或用于其它大数据应用。

在图2中图示了控制工业机器的方法。该方法包括以下步骤：提供301如本文所公开的并且包括用于执行工业操作的致动器系统的机器。建立302致动器系统与包括机器控制器的远程计算系统之间的通信链路，并且其后机器的致动器系统由机器控制器经通信链路远程控制303。

Claims

1.一种工业机器系统，包括：

包括用于执行工业操作的致动器系统(2)的机器(1)，致动器系统(2)包括被配置为控制工件与操作设备的相对移动的至少一个致动器，以及包括机器控制器(9)的远程计算系统(6)，

其中机器控制器从机器移除并远程连接到机器，并且其中机器控制器被配置为经由包括在机器中的致动器控制器远程控制机器的致动器系统的所述至少一个致动器。

2.如权利要求1所述的系统，其中致动器控制器被配置为传送由致动器系统数字执行的指令。

3.如权利要求1或2所述的系统，其中机器包括用于发送数据和做出决定的计算设备。

4.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中致动器控制器(3)是在低级别控制所述至少一个致动器的数控(NC)单元。

5.如权利要求3或4中任一项所述的系统，其中致动器控制器(3)包括在低级别控制所述至少一个致动器的可编程逻辑控制(PLC)单元。

6.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中致动器控制器(3)是与所述至少一个致动器交换机加工指令的处理器。

7.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中机器控制器(9)经由互联网连接(7)远程连接到机器(1)。

8.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中机器控制器(9)被托管在远程计算系统(6)中的虚拟机中。

9.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中机器控制器(9)被连接到HMI(人机接口)单元(12)。

10.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中机器(1)包括用于监视机器的操作的监控单元(14)，并且其中该监控单元被连接到远程计算系统(6)并且被配置为向远程计算系统提供操作信息。

11.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中机器(1)包括传感器系统(10)，并且其中机器控制器(9)远程连接到传感器系统(10)以接收传感器数据，并且其中机器控制器(9)被配置为响应于传感器数据而远程控制机器的致动器系统(2)。

12.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中远程计算系统(6)被配置为监视机器的操作参数，并且当操作参数超过阈值时禁用机器控制器(9)对机器的致动器系统(2)的远程控制。

13.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中远程计算系统(6)被配置为收集数据并使用该数据进行数据分析和/或优化和/或将数据传送到另一个系统进行数据分析和/或优化。

14.一种控制工业机器的方法，包括：

提供(301)包括用于执行工业操作的致动器系统的机器，致动器系统(2)包括被配置为控制工件与操作设备的相对移动的至少一个致动器，

建立(302)致动器系统和包括从机器移除的机器控制器的远程计算系统之间的通信链路，以及

由机器控制器经由通信链路并经由机器中包括的致动器控制器远程控制(303)机器的致动器系统的所述至少一个致动器。

15.一种包括计算机程序代码的计算机程序产品，所述计算机程序代码在由机器控制器读取和执行时使得如权利要求1-13所述的工业机器系统能够使计算机中的处理器执行如权利要求14所述的方法。