CN112650170B - 一种自动化设备的控制平台及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种通用性强、扩展性好、对应用人员要求低的自动化设备的控制平台及实现方法。本发明所述控制平台包括提供人机交互界面的用户界面层（1）、实现协议解析和事件发布及序列执行的调度的引擎层（2）以及实现硬件驱动的接入的硬件驱动层（3）；本发明方法步骤为：启动平台，加载配置文件并显示；编辑序列并保证其合法性；按照规则将序列分割成序列块；将触发事件的序列注册；运行硬件驱动，解析数据，匹配事件并执行序列；获取对应的函数主体并获取序列的输入参数及输出参数，通过反射执行函数，输出结果数据；通过结果数据提取下一条序列；直至执行序列完毕。本发明可应用于自动化控制领域。
Description
技术领域
本发明涉及自动化控制领域，尤其涉及一种自动化设备的控制平台及实现方法。
背景技术
随着消费产品特别是电子产品的日新月异变化，电子产品制造行业对自动化组装或自动化测试设备的需求与日俱增，同时也要求设备高效灵活易用。为此，亟待设计一种通用及扩展性强的操作简单的计算机软件平台，支持功能模块的高复用率，用户能够快速修改设备动作流程序列，如文本文件，从而加快设备的交付进度和降低质量风险；提供有效的调试工具和手段，快速定位问题及解决问题；同时要求能够快速实现客户定制化需求；能够支持其他设备接入本自动化设备/线体或本设备接入其他线体，等等。从而适应现代智能制造对自动化的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种通用性强、扩展性好、对应用人员要求低的自动化设备的控制平台及实现方法。其实现方法简单，非软件专业人员也能顺利完成平台操作和设置，且具有较好的通用性。
本发明所述自动化设备的控制平台所采用的技术方案是：它包括提供人机交互界面的用户界面层，
实现协议解析、事件发布及序列执行的调度的引擎层，及
实现硬件驱动的接入的硬件驱动层，
所述用户界面层包括用于显示主要信息的主界面、用于显示其他插件信息的插件界面显示模块、用于显示硬件驱动层的硬件驱动数据传输实时状态及系统动作日记记录的日记显示界面模块及显示系统状态的状态控制维护模块；
所述引擎层包括实现被动触发及内部事件触发的序列执行的事件管理中心、实现硬件控制器数据解析为平台数据的协议解析模块、实现插件接入及维护的插件管理模块、实现文本序列系列解析及结果判断和跳转的序列维护模块、实现序列的调度执行及多线程并发处理的调度模块以及实现数据的维护及存储的数据维护中心；
所述硬件驱动层通过网络及运动控制板卡驱动获取设备动作数据或控制设备动作，同时支持按照平台接口实现的其他扩展驱动的接入。
所述序列维护模块包括通过结果数据提取下一条序列的序列解析模块、用于判断结果数据是否在设定的上下限范围内的规格管理模块、用于在结果数据处于设定的上下限范围内时通过跳转定义跳转到下一条序列的跳转管理模块以及用于在结果数据未处于设定的上下限范围内时执行设定的失败重试次数并根据执行失败重试的次数对下一序列进行设定的重试管理模块。
所述插件管理模块通过反射机制将插件所实现的方法本体与方法函数名字符串建立一一对应关系的字典，并将字典保存在数据维护中心。
所述序列维护模块为文本序列解析及序列执行判断结果，包括结果的上下限判断及符合条件的跳转。
所述调度模块通过获取序列流程文本所定义的功能方法函数名，并在所述字典中查找并获取对应的方法本体，依据方法本体参数的定义解析序列中的输入参数数据或是通过输入参数的变量名在所述数据维护中心获取数据，执行方法函数并获得执行结果。
所述文本序列为数据处理或者是硬件控制器控制序列的序列，包括csv文本文件定义的字符串序列，序列的内容包括唯一的身份识别码、触发事件、序列描述、功能方法函数名、输入参数、输出参数、上下限、执行失败重试次数、符合条件的跳转定义以及线程识别码定义。
所述数据维护中心为控制平台内部的数据区，通过将执行方法函数并获得执行结果的数据按照文本序列所定义的输出参数名保存而得到。
所述事件管理中心实现事件注册及硬件驱动层的硬件控制器产生事件发生时触发执行对应序列，事件注册为所述序列维护模块在解析文本序列时，将触发事件及对应的序列注册入所述事件管理中心，控制平台通过硬件驱动采集硬件控制器产生的数据进行协议解析，并根据数据内容生成对应触发事件，所述事件管理中心根据触发事件寻找已经成功注册的序列，并触发所述引擎层执行对应的序列，并持续执行至下一项定义了事件的序列前停止。
在控制平台处于准备完成状态后，所述引擎层主动根据所定义的序列，按规则调度执行序列对应的方法，并持续执行至下一项定义了事件的序列前停止或直到时序全部执行完成，并在界面显示执行状态；所述控制平台支持被动触发执行和主动执行同时存在。
所述符合条件的跳转定义为数值或字符和身份识别码的组合，将序列执行结果与数值或字符进行相等或大小判断，当满足条件时跳转至定义的身份识别码对应的序列，用于实现序列的跳转。
所述线程识别码定义为序列的线程识别码，将需同一线程执行的序列定义为同一线程识别码，多个线程定义为多个线程识别码，用于多线程同时执行序列，实现并行操作。
所述系统的状态包括准备状态、运行状态、完成状态以及暂停和停止状态，当硬件驱动层的硬件存在状态时则所述状态控制维护模块同步为硬件驱动层的硬件状态，当硬件驱动层的硬件不存在状态时，则所述状态控制维护模块维护控制平台的默认状态。
所述网络为TCP/IP或PLC常用的Modbus和ADS驱动。
上述自动化设备的控制平台的实现方法包括以下步骤：
步骤a.控制平台启动，插件管理模块根据配置文件加载指定插件和创建实例，并将实例方法注册，创建实例方法和方法名字符串的字典，同时用户界面层依据配置指定位置加载插件界面显示模块；
步骤b.使用者按照项目需求编辑自动化控制序列并保存为csv文本文件；
步骤c.所述序列维护模块加载csv文本序列，所述序列解析模块检查序列的合法性及字符串内容的解析；
步骤d.所述序列维护模块按照规则将序列分割成序列块：当无线程识别码定义及触发事件定义时，则仅有一个序列块；当存在线程识别码或触发事件定义设置时，将依据线程识别码将序列分割成序列的多维数组；
步骤e.所述引擎层将定义了触发事件的序列注册入所述事件管理中心；
步骤f.运行所述硬件驱动层的硬件驱动，监听硬件控制器的数据并将数据按照协议进行解析，在所述事件管理中心寻找是否存在对应的事件，如果存在，则触发所述引擎层执行对应的序列，否则忽略；
步骤g.所述引擎层通过序列定义的功能函数名在所述插件管理模块获取对应的函数主体，同时获取序列的输入参数及输出参数，通过反射执行函数，将结果数据传入所述规格管理模块；
步骤h.所述序列维护模块通过结果数据提取下一条序列；
步骤i.当提取的下一条序列为空时，则所述引擎层停止执行，否则执行下一条序列，当为序列数组时，则多线程并行执行对应的序列数组。
所述步骤c中，所述序列解析模块检查序列的合法性及字符串内容的解析的具体步骤包括：身份识别码的唯一性；功能方法函数名是否存在；输入参数和输出参数的格式检查及参数有效性检查；上下限的数值型或字符串解析；执行失败重试次数的数值型数据解析；符合条件的跳转定义的数据与身份识别码关系的解析。
所述步骤h中，所述序列维护模块通过结果数据提取下一条序列的具体步骤为：首先由所述规格管理模块将结果数据与上下限判断，如果在上下限范围内时为成功，否则为失败；成功时，所述跳转管理模块通过跳转定义获取定义的序列为下一条序列，未设置跳转条件或不符合跳转条件时将获取当前序列块的下一条序列，如果当前序列为当前序列块的最后一条序列时，则将下一序列块的第一条序列设置为下一条序列；失败时，所述重试管理模块判断执行失败重试次数，当超过此数限制时将下一条序列设置为空，否则设置下一条序列为当前序列；所述序列维护模块将下一条序列返回所述引擎层，如果定义为多线程时则返回为序列数组。
本发明的有益效果是：本发明控制平台包括提供人机交互界面的用户界面层、实现协议解析和事件发布及序列执行的调度的引擎层以及实现硬件驱动的接入的硬件驱动层，采用文本的方式设置序列，根据不同的自动化设备或自动化生产产线需求，修改序列文件即可实现设备动作流程控制，大大地提高了平台的通用性，此外，对于文本形式的序列能够实现快速地修改非软件专业人员也可轻松实现文本的修改，且其实现方法简单，操作方便，大大地降低了对应用场景及应用人员能力的要求；通过协议解析模块可以方便地对协议进行修改，通过修改协议内容可以将自动化设备接入其他自动化产线或者其他自动化设备接入本自动化生产线，大大地提高了平台的扩展性。
附图说明
图1是本发明所述控制平台的简易系统框图；
图2是所述序列维护模块的简易框图；
图3是本发明的单线程序列块的简易示意图；
图4是本发明的多线程序列块的简易示意图。
具体实施方式
本发明具体如下。
如图1至图4所示，本发明所述自动化设备的控制平台包括提供人机交互界面的用户界面层1、实现协议解析和事件发布及序列执行的调度的引擎层2及实现硬件驱动的接入的硬件驱动层3。所述用户界面层1包括用于显示主要信息的主界面11、用于显示其他插件信息的插件界面显示模块12、用于显示硬件驱动层的硬件驱动数据传输实时状态及系统动作日记记录的日记显示界面模块13及显示系统状态的状态控制维护模块14。在本实施例中，所述系统的状态包括准备状态、运行状态、完成状态以及暂停和停止状态，当硬件驱动层的硬件存在状态时则所述状态控制维护模块同步为硬件驱动层的硬件状态，当硬件驱动层的硬件不存在状态时，则所述状态控制维护模块维护控制平台的默认状态。所述引擎层2包括实现被动触发及内部事件触发的序列执行的事件管理中心21、实现硬件控制器数据解析为平台数据的协议解析模块22、实现插件接入及维护的插件管理模块23、实现文本序列系列解析及结果判断和跳转的序列维护模块24、实现序列的调度执行及多线程并发处理的调度模块25以及实现数据的维护及存储的数据维护中心26。所述硬件驱动层3通过网络及运动控制板卡驱动获取设备动作数据或控制设备动作，同时支持按照平台接口实现的其他扩展驱动的接入。所述网络为TCP/IP或PLC常用的Modbus和ADS驱动。
所述序列维护模块24包括通过结果数据提取下一条序列的序列解析模块241、用于判断结果数据是否在设定的上下限范围内的规格管理模块242、用于在结果数据处于设定的上下限范围内时通过跳转定义跳转到下一条序列的跳转管理模块243以及用于在结果数据未处于设定的上下限范围内时执行设定的失败重试次数并根据执行失败重试的次数对下一序列进行设定的重试管理模块244。
所述插件管理模块23通过反射机制将插件所实现的方法本体与方法函数名字符串建立一一对应关系的字典，并将字典保存在数据维护中心。所述序列维护模块24为文本序列解析及序列执行判断结果，包括结果的上下限判断及符合条件的跳转。所述调度模块25通过获取序列流程文本所定义的功能方法函数名，并在所述字典中查找并获取对应的方法本体，依据方法本体参数的定义解析序列中的输入参数数据或是通过输入参数的变量名在所述数据维护中心26获取数据，执行方法函数并获得执行结果。
所述文本序列为数据处理或者是硬件控制器控制序列的序列，包括csv文本文件定义的字符串序列，序列的内容包括唯一的身份识别码、触发事件、序列描述、功能方法函数名、输入参数、输出参数、上下限、执行失败重试次数、符合条件的跳转定义以及线程识别码定义。所述符合条件的跳转定义为数值或字符和身份识别码的组合，将序列执行结果与数值或字符进行相等或大小判断，当满足条件时跳转至定义的身份识别码对应的序列，用于实现序列的跳转。所述线程识别码定义为序列的线程识别码，将需同一线程执行的序列定义为同一线程识别码，多个线程定义为多个线程识别码，用于多线程同时执行序列，实现并行操作。
所述数据维护中心为控制平台内部的数据区，通过将执行方法函数并获得执行结果的数据按照文本序列所定义的输出参数名保存而得到。所述事件管理中心21实现事件注册及硬件驱动层的硬件控制器产生事件发生时触发执行对应序列，事件注册为所述序列维护模块24在解析文本序列时，将触发事件及对应的序列注册入所述事件管理中心21，控制平台通过硬件驱动采集硬件控制器产生的数据进行协议解析，并根据数据内容生成对应触发事件，所述事件管理中心21根据触发事件寻找已经成功注册的序列，并触发所述引擎层2执行对应的序列，并持续执行至下一项定义了事件的序列前停止。
在控制平台处于准备完成状态后，所述引擎层2主动根据所定义的序列，按规则调度执行序列对应的方法，并持续执行至下一项定义了事件的序列前停止或直到时序全部执行完成，并在界面显示执行状态；所述控制平台支持被动触发执行和主动执行同时存在。
上述自动化设备的控制平台的实现方法包括以下步骤：
步骤a.控制平台启动，插件管理模块根据配置文件加载指定插件和创建实例，并将实例方法注册，创建实例方法和方法名字符串的字典，同时用户界面层依据配置指定位置加载插件界面显示模块12。
步骤b.使用者按照项目需求编辑自动化控制序列并保存为csv文本文件。
步骤c.所述序列维护模块24加载csv文本序列，所述序列解析模块241检查序列的合法性及字符串内容的解析；所述序列解析模块241检查序列的合法性及字符串内容的解析的具体步骤包括：身份识别码的唯一性；功能方法函数名是否存在；输入参数和输出参数的格式检查及参数有效性检查；上下限的数值型或字符串解析；执行失败重试次数的数值型数据解析；符合条件的跳转定义的数据与身份识别码关系的解析。
步骤d.所述序列维护模块24按照规则将序列分割成序列块：当无线程识别码定义及触发事件定义时，则仅有一个序列块；当存在线程识别码或触发事件定义设置时，将依据线程识别码将序列分割成序列的多维数组。
步骤e.所述引擎层2将定义了触发事件的序列注册入所述事件管理中心21。
步骤f.运行所述硬件驱动层3的硬件驱动，监听硬件控制器的数据并将数据按照协议进行解析，在所述事件管理中心21寻找是否存在对应的事件，如果存在，则触发所述引擎层2执行对应的序列，否则忽略。
步骤g.所述引擎层2通过序列定义的功能函数名在所述插件管理模块23获取对应的函数主体，同时获取序列的输入参数及输出参数，通过反射执行函数，将结果数据传入所述规格管理模块242。
步骤h.所述序列维护模块24通过结果数据提取下一条序列。其具体步骤为：首先由所述规格管理模块242将结果数据与上下限判断，如果在上下限范围内时为成功，否则为失败；成功时，所述跳转管理模块243通过跳转定义获取定义的序列为下一条序列，未设置跳转条件或不符合跳转条件时将获取当前序列块的下一条序列，如果当前序列为当前序列块的最后一条序列时，则将下一序列块的第一条序列设置为下一条序列；失败时，所述重试管理模块244判断执行失败重试次数，当超过此数限制时将下一条序列设置为空，否则设置下一条序列为当前序列；所述序列维护模块24将下一条序列返回所述引擎层2，如果定义为多线程时则返回为序列数组。
步骤i.当提取的下一条序列为空时，则所述引擎层2停止执行，否则执行下一条序列，当为序列数组时，则多线程并行执行对应的序列数组。如图4所示为多线程序列块的简易示意图，图4仅展示多线程模式中的一种，但不局限于此种。在执行完序列块1后将多线程同时并行执行序列块2_1、序列块2_2、……、序列块2_N，等待序列块2全部执行完成后，执行序列块3，直到序列块3执行完成。不同多线程模式的执行方式与此类似。单线程和多线程执行模式中都支持条件跳转的序列执行。
本发明可根据具体业务需求扩展插件；文本文件(csv文本)控制流程序列，支持多线程并发及条件判断和跳转；支持计算机软件平台主动执行流程序列或者下层硬件控制器触发被动执行流程时序；界面支持用户自定义。本发明适应性强，扩展性好，无软件开发能力的现场应用人员也能通过上位机软件平台实现自动化设备的动作控制。
Claims (14)
1.一种自动化设备的控制平台的实现方法，其特征在于：所述自动化设备的控制平台包括
提供人机交互界面的用户界面层（1），
实现协议解析、事件发布及序列执行的调度的引擎层（2），及
实现硬件驱动的接入的硬件驱动层（3），
所述用户界面层（1）包括用于显示主要信息的主界面（11）、用于显示其他插件信息的插件界面显示模块（12）、用于显示硬件驱动层的硬件驱动数据传输实时状态及系统动作日记记录的日记显示界面模块（13）及显示系统状态的状态控制维护模块（14）；
所述引擎层（2）包括实现被动触发及内部事件触发的序列执行的事件管理中心（21）、实现硬件控制器数据解析为平台数据的协议解析模块（22）、实现插件接入及维护的插件管理模块（23）、实现文本序列系列解析及结果判断和跳转的序列维护模块（24）、实现序列的调度执行及多线程并发处理的调度模块（25）以及实现数据的维护及存储的数据维护中心（26）；
所述硬件驱动层（3）通过网络及运动控制板卡驱动获取设备动作数据或控制设备动作，同时支持按照平台接口实现的其他扩展驱动的接入；
所述序列维护模块（24）包括通过结果数据提取下一条序列的序列解析模块（241）、用于判断结果数据是否在设定的上下限范围内的规格管理模块（242）、用于在结果数据处于设定的上下限范围内时通过跳转定义跳转到下一条序列的跳转管理模块（243）以及用于在结果数据未处于设定的上下限范围内时执行设定的失败重试次数并根据执行失败重试的次数对下一序列进行设定的重试管理模块（244）；
所述实现方法包括以下步骤：
步骤a.控制平台启动，插件管理模块根据配置文件加载指定插件和创建实例，并将实例方法注册，创建实例方法和方法名字符串的字典，同时用户界面层依据配置指定位置加载插件界面显示模块（12）；
步骤b.使用者按照项目需求编辑自动化控制序列并保存为csv文本文件；
步骤c.所述序列维护模块（24）加载csv文本序列，所述序列解析模块（241）检查序列的合法性及字符串内容的解析；
步骤d.所述序列维护模块（24）按照规则将序列分割成序列块：当无线程识别码定义及触发事件定义时，则仅有一个序列块；当存在线程识别码或触发事件定义设置时，将依据线程识别码将序列分割成序列的多维数组；
步骤e.所述引擎层（2）将定义了触发事件的序列注册入所述事件管理中心（21）；
步骤f.运行所述硬件驱动层（3）的硬件驱动，监听硬件控制器的数据并将数据按照协议进行解析，在所述事件管理中心（21）寻找是否存在对应的事件，如果存在，则触发所述引擎层（2）执行对应的序列，否则忽略；
步骤g.所述引擎层（2）通过序列定义的功能函数名在所述插件管理模块（23）获取对应的函数主体，同时获取序列的输入参数及输出参数，通过反射执行函数，将结果数据传入所述规格管理模块（242）；
步骤h.所述序列维护模块（24）通过结果数据提取下一条序列；
步骤i.当提取的下一条序列为空时，则所述引擎层（2）停止执行，否则执行下一条序列，当为序列数组时，则多线程并行执行对应的序列数组。
2.根据权利要求1所述的自动化设备的控制平台的实现方法，其特征在于：所述插件管理模块（23）通过反射机制将插件所实现的方法本体与方法函数名字符串建立一一对应关系的字典，并将字典保存在数据维护中心。
3.根据权利要求2所述的自动化设备的控制平台的实现方法，其特征在于：所述序列维护模块（24）为文本序列解析及序列执行判断结果，包括结果的上下限判断及符合条件的跳转。
4.根据权利要求3所述的自动化设备的控制平台的实现方法，其特征在于：所述调度模块（25）通过获取序列流程文本所定义的功能方法函数名，并在所述字典中查找并获取对应的方法本体，依据方法本体参数的定义解析序列中的输入参数数据或是通过输入参数的变量名在所述数据维护中心（26）获取数据，执行方法函数并获得执行结果。
5.根据权利要求2至4任一项所述的自动化设备的控制平台的实现方法，其特征在于：所述文本序列为数据处理或者是硬件控制器控制序列的序列，包括csv文本文件定义的字符串序列，序列的内容包括唯一的身份识别码、触发事件、序列描述、功能方法函数名、输入参数、输出参数、上下限、执行失败重试次数、符合条件的跳转定义以及线程识别码定义。
6.根据权利要求5所述的自动化设备的控制平台的实现方法，其特征在于：所述数据维护中心为控制平台内部的数据区，通过将执行方法函数并获得执行结果的数据按照文本序列所定义的输出参数名保存而得到。
7.根据权利要求6所述的自动化设备的控制平台的实现方法，其特征在于：所述事件管理中心（21）实现事件注册及硬件驱动层的硬件控制器产生事件发生时触发执行对应序列，事件注册为所述序列维护模块（24）在解析文本序列时，将触发事件及对应的序列注册入所述事件管理中心（21），控制平台通过硬件驱动采集硬件控制器产生的数据进行协议解析，并根据数据内容生成对应触发事件，所述事件管理中心（21）根据触发事件寻找已经成功注册的序列，并触发所述引擎层（2）执行对应的序列，并持续执行至下一项定义了事件的序列前停止。
8.根据权利要求7所述的自动化设备的控制平台的实现方法，其特征在于：在控制平台处于准备完成状态后，所述引擎层（2）主动根据所定义的序列，按规则调度执行序列对应的方法，并持续执行至下一项定义了事件的序列前停止或直到时序全部执行完成，并在界面显示执行状态；所述控制平台支持被动触发执行和主动执行同时存在。
9.根据权利要求5所述的一种自动化设备的控制平台的实现方法，其特征在于：所述符合条件的跳转定义为数值或字符和身份识别码的组合，将序列执行结果与数值或字符进行相等或大小判断，当满足条件时跳转至定义的身份识别码对应的序列，用于实现序列的跳转。
10.根据权利要求9所述的自动化设备的控制平台的实现方法，其特征在于：所述线程识别码定义为序列的线程识别码，将需同一线程执行的序列定义为同一线程识别码，多个线程定义为多个线程识别码，用于多线程同时执行序列，实现并行操作。
11.根据权利要求5所述的自动化设备的控制平台的实现方法，其特征在于：所述系统的状态包括准备状态、运行状态、完成状态以及暂停和停止状态，当硬件驱动层的硬件存在状态时则所述状态控制维护模块同步为硬件驱动层的硬件状态，当硬件驱动层的硬件不存在状态时，则所述状态控制维护模块维护控制平台的默认状态。
12.根据权利要求1所述的自动化设备的控制平台的实现方法，其特征在于：所述网络为TCP/IP或PLC常用的Modbus和ADS驱动。
13.根据权利要求1所述的自动化设备的控制平台的实现方法，其特征在于，所述步骤c中，所述序列解析模块（241）检查序列的合法性及字符串内容的解析的具体步骤包括：身份识别码的唯一性；功能方法函数名是否存在；输入参数和输出参数的格式检查及参数有效性检查；上下限的数值型或字符串解析；执行失败重试次数的数值型数据解析；符合条件的跳转定义的数据与身份识别码关系的解析。
14.根据权利要求1所述的自动化设备的控制平台的实现方法，其特征在于，所述步骤h中，所述序列维护模块（24）通过结果数据提取下一条序列的具体步骤为：首先由所述规格管理模块（242）将结果数据与上下限判断，如果在上下限范围内时为成功，否则为失败；成功时，所述跳转管理模块（243）通过跳转定义获取定义的序列为下一条序列，未设置跳转条件或不符合跳转条件时将获取当前序列块的下一条序列，如果当前序列为当前序列块的最后一条序列时，则将下一序列块的第一条序列设置为下一条序列；失败时，所述重试管理模块（244）判断执行失败重试次数，当超过此数限制时将下一条序列设置为空，否则设置下一条序列为当前序列；所述序列维护模块（24）将下一条序列返回所述引擎层（2），如果定义为多线程时则返回为序列数组。
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