CN112643676B - 基于tcp/ip通信的冲压机械手控制系统及其控制方法 - Google Patents

基于tcp/ip通信的冲压机械手控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

一种基于TCP/IP通信的冲压机械手控制系统，包括总控制器、多台冲压机械手控制器和多台冲床控制器，总控制器、多台冲压机械手控制器和多台冲床控制器通过TCP/IP通信方式进行通信；其中，总控制器用于以轮询的方式向所有机械手控制器和所有冲床控制器发送状态查询命令，以获得所有冲压机械手和所有冲床的工作状态信息，根据所获得的工作状态信息产生机械手控制命令和冲床控制命令，并将机械手控制命令和冲床控制命令分别发送给冲压机械手控制器和冲床控制器，以控制冲压机械手和冲床的动作。本发明还公开了基于TCP/IP通信的冲压机械手控制系统的控制方法。本发明可实现冲压机械手和冲床的联动控制。

Description

基于TCP/IP通信的冲压机械手控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及冲压技术领域。
背景技术
近年来，作为实施自动化生产线、工业4.0、智能制造车间、数字化工厂的重要基础装备之一的工业机器人，得到了越来越广泛的运用。在冲压加工制造领域，传统的冲压机械手一般由直线导轨组成，其负载能力小，工作空间小，利用工业机器人进行代替能够很好地弥补该缺点。此外，传统的冲压机械手与冲床往往由自身进行独立控制，当机械手或者冲床一方出现故障时，另一方无法立刻停运行，存在严重的冲压安全隐患。因此，实现冲压机械手与冲床的联动控制，有助于提高整个冲压系统的安全性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于TCP/IP通信的冲压机械手控制系统及其控制方法，其可实现冲压机械手和冲床的联动控制。
本发明所要解决的又一技术问题在于提供一种基于TCP/IP通信的冲压机械手控制系统及其控制方法，其可统一冲压机械手的动作，减少冲压生产过程中的等待和节拍时间。
本发明实施例的一种基于TCP/IP通信的冲压机械手控制系统，包括总控制器、多台冲压机械手控制器和多台冲床控制器，总控制器、多台冲压机械手控制器和多台冲床控制器通过TCP/IP通信方式进行通信；其中，总控制器用于以轮询的方式向所有机械手控制器和所有冲床控制器发送状态查询命令，以获得所有冲压机械手和所有冲床的工作状态信息，根据所获得的工作状态信息产生机械手控制命令和冲床控制命令，并将机械手控制命令和冲床控制命令分别发送给冲压机械手控制器和冲床控制器，以控制冲压机械手和冲床的动作。
进一步地，总控制器用于接收上料机上是否有料的检测信号和下料机上是否有料的检测信号，在检测到所有冲压机械手处于取料等待点的位置且无异常、所有冲床无异常并且处于单次冲压模式和上死点位置时，向有料的冲床和有料的上料机所对应的冲压机械手控制器发送取料命令，以使有料的冲床和有料的上料机所对应的冲压机械手执行取料动作；在检测到所有冲压机械手无异常、所有冲床无异常且处于单次冲压模式和上死点位置时，向对应于无料的冲床及无料的下料机且处于放料等待点位置的冲压机械手所对应的冲压机械手控制器发送放料命令，使对应于无料的冲床及无料的下料机且处于放料等待点位置的冲压机械手执行放料动作；在检测到所有冲压机械手无异常、所有冲床无异常且处于单次冲压模式和上死点位置时，向有料且对应的冲压机械手处于放料安全点位置的冲床发送冲压命令，以使冲床执行冲压动作。
本发明还公开了前述的基于TCP/IP通信的冲压机械手控制系统的控制方法，应用于冲压生产线，冲压生产线包含一上料机、一下料机、多台机械手和多台冲床；多台冲床排列在上料机与下料机之间，上料机与相邻的冲床之间、下料机与相邻的冲床之间以及每相邻的两台冲床之间设有一台所述的冲压机械手；该控制方法包括以下步骤：
总控制器在检测到所有冲压机械手处于取料等待点的位置且无异常、所有冲床无异常并且处于单次冲压模式和上死点位置时，向有料的冲床和有料的上料机所对应的冲压机械手控制器发送取料命令，以使有料的冲床和有料的上料机所对应的冲压机械手执行取料动作；
总控制器在检测到所有冲压机械手无异常、所有冲床无异常且处于单次冲压模式和上死点位置时，向对应于无料的冲床及无料的下料机且处于放料等待点位置的冲压机械手所连接的冲压机械手控制器发送放料命令，使对应于无料的冲床及无料的下料机且处于放料等待点位置的冲压机械手执行放料动作；
总控制器在检测到所有冲压机械手无异常、所有冲床无异常且处于单次冲压模式和上死点位置时，向有料且对应的冲压机械手处于放料安全点位置的冲床发送冲压命令，以使冲床执行冲压动作。
本发明至少具有以下优点：
1、本实施例的冲压机械手控制系统通过TCP/IP通信方式将总控制器、冲床、冲压机械手三者有机地联系起来，相比于传统的RS485/SocketCAN等通信方式而言，TCP/IP通信方式有着连接简单、通信稳定、传输速率快等优势，利用TCP/IP通信方式实现总控制器、多台冲压机械手控制器和多台冲床控制器的通信，可及时地获取冲床的各种信息，包括冲床上死点信号、冲压信号、冲床报警、冲床行程信息等，实现总控制器对冲压机械手和冲床的联动控制，并可确保冲床生产线高效地进行冲压；
2、本实施例的冲压机械手控制系统利用统一机械手运动动作的方法，可以将各个冲压机械手各自的等待时间变成公共的等待时间，从而能缩短等待和节拍时间，提高生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明冲压机械手控制系统的一种实施方式的原理示意图。
图2示出了本发明冲压机械手控制系统的另一种实施方式的原理示意图。
图3示出了根据本发明冲压机械手控制系统的控制方法的一种具体实施方式的控制效果流程示意图。
具体实施方式
请参阅图1。根据本发明实施例的一种基于TCP/IP通信的冲压机械手控制系统，包括总控制器1、多台冲压机械手控制器21和多台冲床控制器31，总控制器1、多台冲压机械手控制器21和多台冲床控制器31通过TCP/IP通信方式进行通信。
在图1所示的实施方式中，总控制器1、多台冲压机械手控制器21和多台冲床控制器31组成树形网络；其中，总控制器1为树形网络的根节点，多台冲床控制器31为树形网络的叶子节点，多台冲压机械手控制器21为树形网络的中间节点，各冲压机械手控制器21连接于总控制器1和对应的唯一一台冲床控制器31之间。总控制器1通过TCP/IP的通信方式连接各个冲机械手控制器21，可达到控制所有冲压机械手的运动、启停、显示各个冲压机械手的状态、信号采集以及发送等功能；冲压机械手控制器21通过TCP/IP的通信方式连接各自相邻的冲床控制器31，具有控制冲床的冲压、采集冲床信号的功能。
在其它的实施方式中，如图2所示，多台冲压机械手控制器21和多台冲床控制器31以总控制器1为中心组成星型网络，实现总控制器1对所有冲压机械手控制器21和冲床控制器31的控制和信号传输。
各冲压机械手控制器21和各冲床控制器31分别与相应的冲压机械手和相应的冲床连接，以控制相应的冲压机械手和相应的冲床的动作。在本实施例中，冲压机械手控制器21为机器人控制器，冲床控制器31为PLC控制器。
在本实施例中，总控制器1用于以轮询的方式向所有机械手控制器21和所有冲床控制器31发送状态查询命令，以获得所有冲压机械手和所有冲床的工作状态信息，根据所获得的工作状态信息触发产生机械手控制命令和冲床控制命令，并将机械手控制命令和冲床控制命令分别发送给冲压机械手控制器和冲床控制器，以控制冲压机械手和冲床的动作。
在本实施例中，各冲压机械手控制器21和各冲床控制器31在收到总控制器1周期性轮询的状态查询命令后会向总控制器1发送回复报文，冲压机械手控制器21的回复报文包括机械手运行状态、使能状态、错误状态、位置信息、关键点位信号等，冲床控制器31的回复报文包括冲床的运行状态、错误状态、上死点信号、单次冲压模式信号、冲床有料、冲床无料等，总控制器1将这些工作状态信息汇总后，通过总控制器1内部的软PLC进行逻辑判断，当条件判断成立后，总控制器1会触发产生机械手控制命令和冲床控制命令，从而对机械手或者冲床进行控制。
进一步地，本发明实施例的基于TCP/IP通信的冲压机械手控制系统的控制方法，应用于冲压生产线。冲压生产线如图3所示，包含一上料机4、一下料机5、多台冲压机械手22和多台冲床32(图3为了简便起见仅在图3(a)中示出了上料机和下料机)。多台冲床32排列在上料机4与下料机5之间，上料机4与相邻的冲床32之间、下料机5与相邻的冲床32之间以及每相邻的两台冲床32之间设有一台上述的冲压机械手22。总控制器1用于接收上料机4上是否有料的检测信号和下料机5上是否有料的检测信号。该检测信号通过上料机4上检测是否有料的传感器以及下料机5上检测是否有料的传感器发送给总控制器1。
总控制器1在检测到所有冲压机械手22处于取料等待点的位置且无异常、所有冲床32无异常并且处于单次冲压模式和上死点位置时，向有料的冲床32和有料的上料机4所对应的冲压机械手控制器21发送取料命令，以使有料的冲床32和有料的上料机4所对应的冲压机械手21执行取料动作；在检测到所有冲压机械手22无异常、所有冲床32无异常且处于单次冲压模式(单次冲压模式为冲床自带功能，冲床还具有连续冲压模式)和上死点位置时，向对应于无料的冲床32及无料的下料机5且处于放料等待点位置的冲压机械手22所连接的冲压机械手控制器21发送放料命令，使对应于无料的冲床32及无料的下料机5且处于放料等待点位置的冲压机械手22执行放料动作；在检测到所有冲压机械手22无异常、所有冲床32无异常且处于单次冲压模式和上死点位置时，向有料且对应的冲压机械手22处于放料安全点位置的冲床32发送冲压命令，以使冲床32执行冲压动作。
在整个冲压生产线中，各个独立的冲压机械手控制器21将自身实时运行状态，通过TCP/IP通信传递给总控制器1，冲床控制器31直接或者间接地将自身的信号及状态传递给总控制器1。总控制器1对各个子设备的状态进行检测。总控制器1在检测到任何一个冲压机械手控制器21及冲床控制器31存在状态错误或者通讯故障时，则向所有冲压机械手控制器21及所有冲床控制器31发送停止运行指令，以停止所有冲压机械手22及所有冲床32的运行，同样，各个子设备也实时监控总控制器1的运行状态，各机械手控制器21及各冲床控制器31用于在检测到总控制器1存在通信故障时，立即停止自身所对应的冲压机械手22及冲床32的运动，从而避免发生冲压事故，对冲压机械手及冲床自身造成损坏。
在本实施例中，总控制器1用于在向任何一台冲压机械手控制器21及冲床控制器31发送状态查询命令之时起如果未在预设时间内收到该冲压机械手控制器及冲床控制器31的回复报文，则判断该冲压机械手控制器21及冲床控制器31存在通讯故障；各冲压机械手控制器21和各冲床控制器31用于在与总控制器1建立连接之时起如果未在预设时间内收到总控制器1的状态查询命令，则判断总控制器1存在通讯故障。
进一步地，各冲压机械手控制器21用于在检测到对应冲压机械手22的任意一台驱动电机的电流大于预设的机械手碰撞电流阈值(伺服驱动器会将监测到的驱动电机的电流值发送给冲压机械手控制器，驱动电机的电流急剧升高可视为发生了碰撞)时，立即控制对应的冲压机械手22停止运动，并向所述总控制器1发送碰撞信号；总控制器1用于在接收到所述碰撞信号时向所有冲压机械手控制器21及所有冲床控制器31发送停止运行指令，以停止所有冲压机械手22及所有冲床32的运行。利用该碰撞检测安全机制，可实现冲压机械手的碰撞检测，避免了因为冲压机械手碰撞所引发的人员伤害和设备损毁。总控制器1还能够将所有状态信息通过HMI(人机界面)的方式提供给用户来查询和控制。可以有效避免由于碰撞所造成的设备损坏和人员伤害。
图3示出了根据本发明冲压机械手控制系统的控制方法的一种具体实施方式的控制效果流程示意图。下面结合图3对本发明的控制方法的具体实施过程进行详细说明。在图3中，位于最右侧靠近上料机4的冲压机械手22和冲床32为首台冲压机械手22和首台冲床32。料用数字9标注。本实施例的冲压机械手控制系统的控制方法的过程如下所述。
总控制器1在检测到所有冲压机械手22处于取料等待点的位置且无异常、所有冲床32无异常并且处于单次冲压模式和上死点位置以及上料机有料时，向上料机4所对应的冲压机械手控制器23发送取料命令，以使上料机所对应的首台冲压机械手22进入上料机4执行取料，如图3中的(b)所示，取料完成后，首台冲压机械手22会移动到放料等待点；
总控制器1在检测到所有冲压机械手22无异常、所有冲床32无异常且处于单次冲压模式和上死点位置以及首台冲床32无料时，向对应于首台冲床32且处于放料等待点位置的首台冲压机械手22(首台机械手同时对应于上料机和首台冲床)所连接的冲压机械手控制器21发送放料命令，使对应于首台冲床32且处于放料等待点位置的首台冲压机械手22放料至首台冲床32，如图3中的(c)所示，放料完成后，首台冲压机械手会返回到取料等待点；
总控制器1在检测到所有冲压机械手22无异常、所有冲床32无异常且处于单次冲压模式和上死点位置、首台冲床32有料以及首台冲床32对应的首台冲压机械手22处于放料安全点位置时，向首台冲床控制器31发送冲压命令，以使首台冲床32执行冲压动作，如图3中的(d)所示，冲压完成后，首台冲床32会返回上死点位置，如图3中的(e)所示；
总控制器1在检测到所有冲压机械手22处于取料等待点的位置且无异常、所有冲床32无异常并且处于单次冲压模式和上死点位置时，向有料的首台冲床32所对应的第二台冲压机械手控制器31和有料的上料机4所对应的冲压机械手控制器发送取料命令，以使有料的首台冲床32所对应的第二台冲压机械手22和有料的上料机4所对应的首台冲压机械手22分别进入上料机4和首台冲床32执行取料动作，如图3中的(f)所示，取料完成后，首台、第二台冲压机械手会移动到放料等待点；
总控制器1在检测到所有冲压机械手22无异常、所有冲床32无异常且处于单次冲压模式和上死点位置时，向对应于无料的首台冲床32(此时首台冲床32的料已被取走了)且处于放料等待点位置的首台冲压机械手22所对应的首台冲压机械手控制器21、及对应于无料的第二台冲床32且处于放料等待点位置的第二台冲压机械手22所连接的冲压机械手控制器21发送放料命令，使对应于无料的首台冲床32的首台冲压机械手22以及对应于及无料的第二台冲床32的第二台冲压机械手22分别放料至首台冲床32和第二台冲床32，如图3中的(g)所示；
总控制器1在检测到所有冲压机械手22无异常、所有冲床32无异常且处于单次冲压模式和上死点位置时，向有料且对应的第一冲压机械手22处于放料安全点位置的第一冲床32以及有料且对应的第二冲压机械手22处于放料安全点位置的第二冲床32发送冲压命令，以使第一冲床32和第二冲床32同时执行冲压动作，如图3中的(h)所示；
依此类推，总控制器1控制所有冲压机械手22和所有冲床32的动作，并使最后一台冲压机械手22进入最后一台冲床32上取料，然后放入下料机5上。
本实施例的冲压机械手控制系统的控制方法可实现机械手流水线的统一运动动作，缩短节拍时间，提高流水线的生产效率。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种基于TCP/IP通信的冲压机械手控制系统，其特征在于，包括总控制器、多台冲压机械手控制器和多台冲床控制器，所述总控制器、所述多台冲压机械手控制器和所述多台冲床控制器通过TCP/IP通信方式进行通信；
其中，所述总控制器用于以轮询的方式向所有机械手控制器和所有冲床控制器发送状态查询命令，以获得所有冲压机械手和所有冲床的工作状态信息，根据所获得的工作状态信息产生机械手控制命令和冲床控制命令，并将所述机械手控制命令和所述冲床控制命令分别发送给冲压机械手控制器和冲床控制器，以控制冲压机械手和冲床的动作；
所述总控制器用于接收上料机上是否有料的检测信号和下料机上是否有料的检测信号，在检测到所有冲压机械手处于取料等待点的位置且无异常、所有冲床无异常并且处于单次冲压模式和上死点位置时，向有料的冲床和有料的上料机所对应的冲压机械手控制器发送取料命令，以使有料的冲床和有料的上料机所对应的冲压机械手执行取料动作；在检测到所有冲压机械手无异常、所有冲床无异常且处于单次冲压模式和上死点位置时，向对应于无料的冲床及无料的下料机且处于放料等待点位置的冲压机械手所连接的冲压机械手控制器发送放料命令，使对应于无料的冲床及无料的下料机且处于放料等待点位置的冲压机械手执行放料动作；在检测到所有冲压机械手无异常、所有冲床无异常且处于单次冲压模式和上死点位置时，向有料且对应的冲压机械手处于放料安全点位置的冲床发送冲压命令，以使冲床执行冲压动作。
2.根据权利要求1所述的基于TCP/IP通信的冲压机械手控制系统，其特征在于，所述总控制器通过对所获得的工作状态信息进行逻辑判断产生所述机械手控制命令和所述冲床控制命令。
3.根据权利要求2所述的基于TCP/IP通信的冲压机械手控制系统，其特征在于，所述的逻辑判断为软PLC逻辑判断。
4.根据权利要求1所述的基于TCP/IP通信的冲压机械手控制系统，其特征在于，所述总控制器用于在检测到任何一个冲压机械手控制器及冲床控制器存在状态错误或者通讯故障时，向所有冲压机械手控制器及所有冲床控制器发送停止运行指令，以停止所有冲压机械手及所有冲床的运行；
各机械手控制器及各冲床控制器用于在检测到总控制器存在通信故障时，立即停止所对应的冲压机械手及冲床的运动。
5.根据权利要求1或4所述的基于TCP/IP通信的冲压机械手控制系统，其特征在于，所述总控制器用于在向任何一台冲压机械手控制器及冲床控制器发送状态查询命令之时起如果未在预设时间内收到该冲压机械手控制器及该冲床控制器的回复报文，则判断该冲压机械手控制器及该冲床控制器存在通讯故障；
各所述冲压机械手控制器和各所述冲床控制器用于在与所述总控制器建立连接之时起如果未在预设时间内收到所述总控制器的状态查询命令，则判断所述总控制器存在通讯故障。
6.根据权利要求1所述的基于TCP/IP通信的冲压机械手控制系统，其特征在于，各所述冲压机械手控制器用于在检测到对应冲压机械手的任意一台驱动电机的电流大于预设的机械手碰撞电流阈值时，立即控制对应的冲压机械手停止运动，并向所述总控制器发送碰撞信号；
所述总控制器用于在接收到所述碰撞信号时向所有冲压机械手控制器及所有冲床控制器发送停止运行指令，以停止所有冲压机械手及所有冲床的运行。
7.根据权利要求1所述的基于TCP/IP通信的冲压机械手控制系统，其特征在于，所述总控制器、所述多台冲压机械手控制器和多台冲床控制器组成树形网络；其中，所述总控制器为树形网络的根节点，所述多台冲床控制器为树形网络的叶子节点，所述多台冲压机械手控制器为树形网络的中间节点，各冲压机械手控制器连接于所述总控制器和对应的唯一一台冲床控制器之间。
8.根据权利要求1所述的基于TCP/IP通信的冲压机械手控制系统，其特征在于，所述多台冲压机械手控制器和所述多台冲床控制器以所述总控制器为中心组成星型网络。
9.根据权利要求1至8任意一项所述的基于TCP/IP通信的冲压机械手控制系统的控制方法，应用于冲压生产线，所述冲压生产线包含一上料机、一下料机、多台冲压机械手和多台冲床；多台冲床排列在所述上料机与所述下料机之间，所述上料机与相邻的冲床之间、所述下料机与相邻的冲床之间以及每相邻的两台冲床之间设有一台所述的冲压机械手；其特征在于，所述控制方法包括：
总控制器在检测到所有冲压机械手处于取料等待点的位置且无异常、所有冲床无异常并且处于单次冲压模式和上死点位置时，向有料的冲床和有料的上料机所对应的冲压机械手控制器发送取料命令，以使有料的冲床和有料的上料机所对应的冲压机械手执行取料动作；
总控制器在检测到所有冲压机械手无异常、所有冲床无异常且处于单次冲压模式和上死点位置时，向对应于无料的冲床及无料的下料机且处于放料等待点位置的冲压机械手所连接的冲压机械手控制器发送放料命令，使对应于无料的冲床及无料的下料机且处于放料等待点位置的冲压机械手执行放料动作；
总控制器在检测到所有冲压机械手无异常、所有冲床无异常且处于单次冲压模式和上死点位置时，向有料且对应的冲压机械手处于放料安全点位置的冲床发送冲压命令，以使冲床执行冲压动作。
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