CN108279652A - 一种智能制造单元系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于智能制造设备技术领域，尤其涉及一种智能制造单元系统及其控制方法。智能制造单元系统包括传感反馈单元、中央处理单元、执行装置单元和信息处理单元；所述传感反馈单元用于实时采集执行装置单元的工作状态和环境信息，并将采集到的工作状态数据传递给中央处理单元；所述中央处理单元对接收的工作状态数据进行分析处理后发出控制指令控制执行装置单元的运行；所述信息处理单元与中央处理单元双向通讯连接；所述传感反馈单元、中央处理单元、执行装置单元和信息处理单元之间通过工业以太网完成数据的交换和/或流程控制。本系统方便扩展及组合，可扩展性强，在系统基础上新增控制对象十分容易，增加了系统的柔性。
Description
技术领域
本发明属于智能制造设备技术领域，尤其涉及一种智能制造单元系统及其控制方法。
背景技术
随着《中国制造2025》战略规划的推进，加快智能制造技术应用，是落实工业化和信息化深度融合、打造制造强国的重要措施，实现制造业转型升级的关键所在。各中高职院校承担着输送和培养智能制造相关专业人才的重要责任，对于精准对接装备制造业、培养掌握制造单元智能化改造与集成技术的复合型人才的需求也越来越强烈。但目前相关的教学设备十分匮乏，并且功能比较单一，远不能满足教学需求。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有存在的技术问题，本发明提供一种智能制造单元系统及其控制方法，能够解决现有技术中的教学设备匮乏、功能单一的问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种智能制造单元系统，其包括传感反馈单元、中央处理单元、执行装置单元和信息处理单元；
所述传感反馈单元用于实时采集执行装置单元的工作状态和环境信息，并将工作状态数据传递给中央处理单元；
所述中央处理单元对接收的工作状态数据进行分析处理后发出控制指令控制执行装置单元的运行；
所述信息处理单元与中央处理单元双向通讯连接；
所述传感反馈单元、中央处理单元、执行装置单元和信息处理单元之间通过工业以太网完成数据的交换和/或流程控制。
优选的，所述传感反馈单元至少包括以下的一类：光电传感器系统、视觉检测系统或电子标签。
优选的，所述光电传感器通过标准IO通讯将现场控制信号单向传输到远程IO模块，远程IO模块利用工业以太网将信号状态反馈给中央处理单元；
中央处理单元将数字控制信号通过工业以太网传输给远程IO模块，转换成为现场控制信号通过标准IO通信用以控制执行装置单元的运行。
优选的，所述执行装置至少包括以下的一类：气动系统、电机驱动系统、数控机床、工业机器人或指示灯。
优选的，还包括与工业机器人的工业机器人控制器通讯连接的视觉检测系统，
所述视觉检测系统与工业机器人控制器使用工业以太网总线通信，实现视觉检测系统与工业机器人的双向通信；
工业机器人控制器发出请求检测信号和选择拍照场景指令；
视觉检测系统将检测结果发送给工业机器人控制器；
视觉检测系统使用颜色检测程序和形状检测程序对加工后的工件进行检测，使用逻辑计算工具得到检测结果。
优选的，所述的信息处理单元包括PC、MES系统和虚拟仿真系统；
MES系统和虚拟仿真系统部署在PC上，由PC的显示器显示运行状态；
MES系统通过工业以太网与中央控制系统连接通信，可将中央控制系统中控制器内的所有工作状态数据、程序运行状态信息传递到MES系统中并以图形化表格化方式显示；
虚拟仿真系统通过工业以太网与中央控制系统连接通信，可根据中央控制系统当前对于执行装置的控制状态和传感反馈部分的反馈信号，仿真硬件设备的动作状态。
优选的，还包括移动终端，所述移动终端与信息处理单元通讯连接，并用于远程控制和状态监控。
一种智能制造单元系统的控制方法，其用于控制如以上所述的智能制造单元系统，其包括以下过程：
传感反馈单元对执行装置单元的工作状态进行采集，并将采集到的执行装置单元的工作状态数据传递给中央处理单元；
所述中央处理单元对接收到的执行装置单元的工作状态数据进行分析处理后发出控制指令控制执行装置单元的运行；
信息处理单元与中央处理单元双向通讯连接。
优选的，所述传感反馈单元、中央处理单元、执行装置单元和信息处理单元之间通过工业以太网通讯。
优选的，所述传感反馈单元、中央处理单元、执行装置和信息处理单元通过远程IO模块实现工业以太网接口和标准IO接口的转换功能。
优选的，所述远程IO模块通过工业以太网，经工业交换机与处理单元联通进行通讯，并实现标准IO的并行信号与工业以太网的串行信号的转换。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明提供的智能制造单元系统，采用模块化设计，每个模块简化连接方式，方便扩展及组合，可扩展性强，在系统基础上新增控制对象十分容易，增加了系统的柔性，采用工业以太网实现信息流传递，提高控制系统拓扑结构自由度。
附图说明
图1为本发明具体实施方式提供的智能制造单元系统的流程图；
图2为本发明具体实施方式提供的智能制造单元系统具体应用过程中的控制流程图；
图3为本发明具体实施方式提供的检测模块与执行模块的通信原理图；
图4为本发明具体实施方式提供的使用软件控制的通信关系图；
图5为本发明具体实施方式提供的智能制造单元系统具体应用实例的结构示意图。
【附图标记说明】
1：执行单元、2：工具单元、3：仓储单元、4：加工单元、5：打磨单元、6：检测单元、7：分拣单元、8：总控单元。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
如图1至图5所示，具体的参照图1，在本实施方式提供了一种智能制造单元系统，其包括传感反馈单元、中央处理单元、执行装置单元和信息处理单元。
传感反馈单元用于实时采集执行装置单元的工作状态和环境信息，并将工作状态数据传递给中央处理单元。
中央处理单元对接收的工作状态数据进行分析处理后发出控制指令控制执行装置单元的运行。
信息处理单元与中央处理单元双向通讯连接。
传感反馈单元、中央处理单元、执行装置单元和信息处理单元之间通过工业以太网完成数据的交换和/或流程控制。
在本实施方式中，智能制造单元系统采用模块化设计，每个模块简化连接方式，方便扩展及组合，可扩展性强，在系统基础上新增控制对象十分容易，采用工业以太网实现信息流传递，提高控制系统拓扑结构自由度。
传感反馈单元至少包括以下的一类：光电传感器系统、视觉检测系统或电子标签。
光电传感器通过标准IO通讯将现场控制信号单向传输到远程IO模块，远程IO模块利用工业以太网将信号状态反馈给处理单元；
处理单元将数字控制信号通过工业以太网传输给远程IO模块，转换成为现场控制信号通过标准IO通信用以控制执行装置的运行。
执行装置至少包括以下的一类：气动系统、电机驱动系统、数控机床、工业机器人或指示灯。
智能制造单元系统还包括与工业机器人的工业机器人控制器通讯连接的视觉检测系统。
视觉检测系统与工业机器人控制器使用工业以太网总线通信，实现视觉检测系统与工业机器人的双向通信。
工业机器人控制器发出请求检测信号和选择拍照场景指令。
视觉检测系统将检测结果发送给工业机器人控制器。
视觉检测系统使用颜色检测程序和形状检测程序对加工后的工件进行检测，使用逻辑计算工具得到检测结果。
信息处理单元包括PC、MES系统和虚拟仿真系统。
MES系统和虚拟仿真系统部署在PC上，由PC的显示器显示运行状态，MES系统通过工业以太网与中央控制系统连接通信，可将中央控制系统中控制器内的所有工作状态数据、程序运行状态信息传递到MES系统中并以图形化表格化方式显示。
虚拟仿真系统通过工业以太网与中央控制系统连接通信，可根据中央控制系统当前对于执行装置的控制状态和传感反馈部分的反馈信号，仿真硬件设备的动作状态。
智能制造单元系统，还包括移动终端，移动终端与信息处理单元通讯连接，并用于远程控制和状态监控。
在本实施方式中，还提供了一种智能制造系统的控制方法，其用于控制如以上所述的智能制造系统，包括以下过程：
传感反馈单元对执行装置单元的工作状态进行采集，并将采集到的执行装置单元的工作状态数据传递给中央处理单元。
所述中央处理单元对接收到的执行装置的工作状态数据进行分析处理后发出控制指令控制执行装置的运行。
信息处理单元与中央处理单元双向通讯连接。
传感反馈单元、中央处理单元、执行装置单元和信息处理单元之间通过工业以太网通讯。
传感反馈单元、中央处理单元、执行装置单元和信息处理单元通过远程IO模块实现工业以太网接口和标准IO接口的转换功能。
远程IO模块通过工业以太网，经工业交换机与中央处理单元联通进行通讯，并实现标准IO的并行信号与工业以太网的串行信号的转换。
为了对上述智能制造单元系统及其控制方法进行进一步的说明，本实施方式还提供了一种智能制造单元系统的设计为例进行说明，具体的参照图2至图5所示，系统根据功能不同采用模块化设计，包含：执行单元1、工具单元2、仓储单元3、加工单元4、打磨单元5、检测单元 6、分拣单元7和总控单元8，每个单元布置在独立的工作台上，可根据工艺流程对各单元进行自由组合。
总控单元8中设置有急停按钮，按下急停按钮将切断执行单元1、工具单元2、仓储单元3、加工单元4、打磨单元5、检测单元6、分拣单元 7的所有设备供电，并向总控模块输出急停信号。由此，提供了系统使用的安全性。
加工对象在各单元间的搬运以及加工对象的打磨工作通过工业机器人来实现，可以说，工业机器人在加工流程上实现了各个模块之间的连接作用，通过工业机器人对各个设备之间的连接，提高了各个加工过程的自动化程度。
各个单元上设置的光电传感器通过标准IO通讯将电信号(数字信号) 单向传输到远程IO模块，远程IO模块利用工业以太网将信号状态反馈给中央处理单元中的控制器。
控制器将数字控制信号通过工业以太网传输给远程IO模块，转换成为标准IO信号用以控制电磁阀、电机驱动系统和指示灯的动作和状态更改。
气动系统均通过电磁阀对气动系统的工作状态进行控制。
输入输出信号均存储在控制器的存储单元中。
远程IO模块实现工业以太网接口和标准IO接口的转换功能。
远程IO模块通过工业以太网，经工业交换机与控制器联通进行通讯，并实现标准IO的并行信号与工业以太网的串行信号的转换。
使用远程I/O的优势为：控制器只需要CPU即可，不再需要各种扩展IO模块，线缆减少，易于管理。
视觉检测系统与工业机器人控制器使用工业以太网总线通信，实现视觉检测系统与工业机器人的双向通信。
工业机器人控制器发出请求检测信号和选择拍照场景指令。
视觉检测系统将检测结果发送给工业机器人控制器。
视觉检测系统内设置有多个检测条件，其获取的图片按不同检测条件进行至少一次判定，当出现判定不合格时，停止其它检测条件的判定，判定工件不合格，并向工业机器人输出工件不合格的信号；当获取的图片按所有的检测条件进行判定后，且判定结果均满足条件，向工业机器人输出工件合格的信号。
视觉检测系统使用颜色检测程序和形状检测程序对加工后的工件进行检测，使用逻辑计算工具得到检测结果。
数控机床与中央处理单元的控制器的双向通讯使用工业以太网总线，以下是数控机床和控制器的通讯过程。
安全门的开启关闭、夹具的夹紧松开等信号由数控系统控制，由控制器协调数控系统和工业机器人实现物料取放的动作流程，数控机床内有预置加工程序模板，使用G代码编程。
在机器人将工件放置在数控机床上的过程中，具体包括以下数据传输过程：
步骤1：工业机器人将需要安全门打开的信号发送给控制器；
步骤2：控制器将安全门需要打开的信号发送给数控机床；
步骤3：数控机床将安全门已经打开的信号反馈给控制器；
步骤4：控制器把安全门已经打开的信号发送给工业机器人；
步骤5：工业机器人把工装需要夹紧的信号发送给控制器；
步骤6：控制器把工装需要夹紧的信号发送给数控机床；
步骤7：数控机床将工装已经夹紧的信号反馈给控制器；
步骤8：控制器把工装已经夹紧的信号反馈给工业机器人；
步骤9：工业机器人把工装需要释放的信号发送给控制器；
步骤10：控制器把工装需要释放的信号发送给数控机床；
步骤11：数控机床将工装已经释放的信号反馈给控制器；
步骤12：控制器把工装已经释放的信号反馈给工业机器人。
工业机器人安装在平移滑台上，扩大工业机器人的工作空间，平移滑台的运动控制由控制器完成，工业机器人会将滑台的动作参数传递给控制器。
MES系统以PC作为载体，与移动终端同时可以监测设备的状态、当前加工任务、利用率等实时信息，如：传感系统的反馈状态、执行组件的运行状态、检测模块的检测结果等内容。
PC通过以太网与控制器相连，以获得控制器的输出信号，并将指令作为输入信号。
从控制器获取的任务要求的生产流程数据、设备状态等信息将显示在MES系统开发平台中，从PC端将这些信息通过互联网上传到指定的云端服务器中，以方便与其它连接的移动设备共享信息。
在移动设备上安装应用“远程信息互联控制系统”可实现C脚本解码，可使智能终端实时获取数据并图形化显示，从而在移动设备界面上也能够监控MES系统的内容。
移动设备除了可以监控设备工作状态外，还可以发送命令控制设备运行。
移动设备将控制指令上传到云端服务器中，再由云端服务器将指令发回PC，部署在MES系统中。
MES系统将控制指令通过以太网传输给控制器，以达到控制某个制造单元或整个智能制造系统的目的。
在本实施方式中，以分拣单元7的工作过程为例对上述方法进行详细的说明。
分拣单元7包括：传送带、分拣机构、分拣工位和远程IO模块。
加工完成的工件进行视觉检测后，由工业机器人将工件夹持到传送带上，开始工件的分拣工序。
分拣机构位于传送带上，包含升降气缸和推动气缸，可实现工件的拦截和推送两个动作，根据视觉检测的结果按照颜色和形状等完成工件的分拣。
分拣工位包括分拣道口和分拣料位，根据视觉检测的结果分拣机构将加工完成的工件拦截至对应分拣工位，分拣道口下有一推动气缸，能够推送工件沿着分拣道口滑动至分拣料位。
分拣料位末端有一到位传感器，可检测工件是否已推送到料位。
分拣单元的所有气缸装置均由电磁阀驱动，电磁阀、传感器、及传送带驱动电机均通过IO线缆与远程IO模块进行标准IO通信，将IO线缆一端接入远程IO模块，远程IO使用工业以太网总线接入工业交换机，实现与控制器进行通信。
电磁阀、驱动电机为执行机构，由控制器单向控制，可控制电机的启停和气缸的动作。
分拣料位布置有传感器可感知当前是否有工件，并将状态反馈给控制器。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种智能制造单元系统，其特征在于：包括传感反馈单元、中央处理单元、执行装置单元和信息处理单元；
所述传感反馈单元用于实时采集执行装置单元的工作状态和环境信息，并将工作状态数据传递给中央处理单元；
所述中央处理单元对接收的工作状态数据进行分析处理后发出控制指令控制执行装置单元的运行；
所述信息处理单元与中央处理单元双向通讯连接；
所述传感反馈单元、中央处理单元、执行装置单元和信息处理单元之间通过工业以太网完成数据的交换和/或流程控制。
2.根据权利要求1所述的智能制造单元系统，其特征在于，所述传感反馈单元至少包括以下的一类：光电传感器系统、视觉检测系统或电子标签。
3.根据权利要求2所述的智能制造单元系统，其特征在于，所述光电传感器通过标准IO通讯将现场控制信号单向传输到远程IO模块，远程IO模块利用工业以太网将信号状态反馈给中央处理单元；
中央处理单元将数字控制信号通过工业以太网传输给远程IO模块，转换成为现场控制信号通过标准IO通信用以控制执行装置单元的运行。
4.根据权利要求1所述的智能制造单元系统，其特征在于，所述执行装置至少包括以下的一类：气动系统、电机驱动系统、数控机床、工业机器人或指示灯。
5.根据权利要求4所述的智能制造单元系统，其特征在于，还包括与工业机器人的工业机器人控制器通讯连接的视觉检测系统，
所述视觉检测系统与工业机器人控制器使用工业以太网总线通信，实现视觉检测系统与工业机器人的双向通信；
工业机器人控制器发出请求检测信号和选择拍照场景指令；
视觉检测系统将检测结果发送给工业机器人控制器；
视觉检测系统使用颜色检测程序和形状检测程序对加工后的工件进行检测，使用逻辑计算工具得到检测结果。
6.根据权利要求1所述的智能制造单元系统，其特征在于，所述的信息处理单元包括PC、MES系统和虚拟仿真系统；
MES系统和虚拟仿真系统部署在PC上，由PC的显示器显示运行状态；
MES系统通过工业以太网与中央控制系统连接通信，可将中央控制系统中控制器内的所有工作状态数据、程序运行状态信息传递到MES系统中并以图形化表格化方式显示；
虚拟仿真系统通过工业以太网与中央控制系统连接通信，可根据中央控制系统当前对于执行装置的控制状态和传感反馈部分的反馈信号，仿真硬件设备的动作状态。
7.根据权利要求1所述的智能制造单元系统，其特征在于，还包括移动终端，所述移动终端与信息处理单元通讯连接，并用于远程控制和状态监控。
8.一种智能制造单元系统的控制方法，其特征在于，用于控制如权利要求1-7任意一项所述的智能制造单元系统，其包括以下过程：
传感反馈单元对执行装置单元的工作状态进行采集，并将采集到的执行装置单元的工作状态数据传递给中央处理单元；
所述中央处理单元对接收到的执行装置单元的工作状态数据进行分析处理后发出控制指令控制执行装置单元的运行；
信息处理单元与中央处理单元双向通讯连接。
9.根据权利要求8所述的智能制造单元系统的控制方法，其特征在于，所述传感反馈单元、中央处理单元、执行装置单元和信息处理单元之间通过工业以太网通讯。
10.根据权利要求9所述的智能制造单元系统的控制方法，其特征在于，所述传感反馈单元、中央处理单元、执行装置和信息处理单元通过远程IO模块实现工业以太网接口和标准IO接口的转换功能。
11.根据权利要求10所述的智能制造单元系统的控制方法，其特征在于，所述远程IO模块通过工业以太网，经工业交换机与处理单元联通进行通讯，并实现标准IO的并行信号与工业以太网的串行信号的转换。
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