CN1151461C - 电脑视窗界面的多工控制系统 - Google Patents

Abstract

一种电脑视窗界面的多工控制系统，由一工业用电脑、一数字控制器及一串行通讯接口；工业用电脑包括：一人机界面与视觉模块；一实时控制系统模块，处理输出/入控制与快速命令，并配合整体系统的控制；及一主控流程模块。数字控制器包括：一控制单元，一输出/入与数字/模拟驱动器，一由数个元件构成的可控制单元；串行通讯接口藉由一通讯标准接口RS-232及一总线，进行工业用电脑与数字控制器中的数据及命令的传输。

Description

电脑视窗界面的多工控制系统

本发明涉及一种电脑视窗界面的多工控制系统，此控制系统使用一工业用电脑(Industry Personal Computer；IPC)和一数字控制器(Numerical Controller；NC)，利用视窗图示软件的作业系统，将所需的动作藉由单一命令的控制系统加以完成。

一台机器的质量，除了机械精度之外，电控系统占了重要部份，良好的电控系统，除了速度、精度之外，维修及操作性能也是很重要的。目前产业界对于焊线机的要求愈来愈高，不但要求速度快，精确度高，在操作与维修上也要求简单、方便。

一般焊线机，大部分由单片机控制，其响应速度较慢，软件的更新及升级须较多时间，且维护费时费力，快速多工控制系统可以符合焊线机的要求，且由于是利用个人电脑，不但在软件或硬件上，都具有相当高的兼容性；又藉助数字控制器，更可适应快速响应方式。

本发明的目的，在于提供一种响应速度快的电脑视窗界面的多工控制系统。

为达到上述目的本发明采取如下措施：

首先，考虑的是控制器的选择，由于目前的趋势，以个人电脑所组成的控制器应为最好的选择，因为个人电脑控制器有良好的兼容性，可使用的作业系统亦相当多，加上个人电脑的运算速度提高快，价格也适当，因此本发明采用个人电脑组成的控制器。

关于控制系统所使用的作业系统环境，我们选择了视窗图示软件，原因很多，个人电脑，主要以磁盘操作系统(Disk Operating system；DOS)为主，但由于视窗图示软件强大的市场需求，且其操作命令的简易性，加上磁盘操作系统的开发工作者日趋减少及其传统存储器640KB的限制，使较大的系统、程序无法在磁盘操作系统环境下执行；虽然，磁盘操作系统为因应此类问题，而发展了磁盘操作扩展系统(DOS Extender)，来消除传统存储器640KB的限制，但由于磁盘操作系统环境下开发的软件，其人机操作方法，在短时间无法完成，但现阶段，视窗图示软件已为我们提供了强大的人机界面操作模式，而不需再耗费庞大的研究经费进行程序的开发，此为本发明使用视窗图示软件的理由。

如前所述，本发明选择了以个人电脑结构的工业电脑系统，内部的作业环境则为视窗图示软件，而操作界面则使用了数字控制器，将整个电控系统组成一统一整体，并将其模块化成一多工控制体系。且数字控制器是利用一串行通讯接口与工业用电脑来传送数据及信号。为了使系统响应及时，工业用电脑中将即时操作系统的作业模式与本发明—快速多工控制系统组合于同一结构下。

本发明采取如下具体结构：

本发明的电脑视窗界面的多工控制系统，由一工业用电脑、一数字控制器及一串行通讯接口；藉由串行通讯接口进行数据传输；

所述工业用电脑，负责人机界面处理、视觉系统、实时控制的输出/入系统以及主控流程的控制，其包括：

一人机界面与视觉模块，用于执行人机界面与影像处理程序；

一输出/入接口存取实时控制系统模块，处理输出/入控制与快速命令，并配合整体系统以执行实时系统控制程序；

一主控流程模块，用于执行主控流程控制程序，分别以档案绘制以及共享存储器方式，将数据传输到人机界面与视觉模块和输出/入接口存取实时控制系统模块；

所述数字控制器，负责运动控制及输出/入控制等工作，其包括：

一由数个微处理器构成的控制单元，其利用串行通讯接口和输出/入与数字/模拟驱动器与工业用电脑和其他各单元进行数据传输；

一输出/入与数字/模拟驱动器，其被控制单元中的数个微处理器利用以跟其他各单元进行数据传输并使可控制单元中的元件实现各自的功能；以及

一可控制单元，用于实现各种功能；

串行通讯接口，藉由一通讯标准RS-232及一总线，将数字控制器与人机界面与视觉模块和输出/入接口存取实时控制系统模块中的数据及命令相互传输，以完成数字控制器与工业用电脑中数据的传输。

结合附图及实施例，对本发明的电脑视窗界面的多工控制系统说明如下：

附图说明：

图1为本发明的一控制系统的电路方块图；

图2为本发明中一工业用电脑控制系统的电路方块图；

图3为本发明中一数字控制器系统的电路方块图；

图4为本发明的主要控制流程的示意图；

本发明的多工控制系统，为一种电控系统，如图1所示，该系统分成两部份，一为工业用电脑(Industry Personal Computer；IPC)1，另一为数字控制器(numerical Controller；NC)2；工业用电脑1负责处理人机界面、视觉系统、实时控制的输出/入系统以及主控流程控制的问题，而数字控制器2负责运动控制及输出/入的问题，工业用电脑1与数字控制器2之间的界面联络则利用串行通讯接口，并运用即时系统(Real Time Extension；RTX)作为快速命令的传送。

图1中的工业用电脑1可划分成三个部份：人机界面与视觉模块11、主控流程模块12以及输出/入接口存取实时控制系统模块13，这三个部份之间相互连接，以进行数据交换。

图1中的人机界面与视觉模块11负责人机界面与影像部份的处理；人机界面部份包括档案管理，元件与机械位置的教导模式，自动、单线或手动等模式的切换，系统参数-机械位置的设定与修改，产品相关参数设定与修改，其中包括焊线参数(Bonding parameter)与教导参数(Teach parameter)等，以及统计资料；计算检测功能，包括软硬盘的控制、输出/入与随机存取存储器(Random Access Memory；RAM)的检查、自我校调等；加上一些快速键，包括启动、暂停，以及常用的按键，这些即工业用电脑人机界面11的主控功能。而在影像处理的功能部份则有影像的显示，包括灰阶显示、二值化显示、连续取像、冻结影像及影像处理等，其包括模板比较(Pattern Match)、引导定位(Lead Locator)以及精度校调(Calibration)等，且视觉控制模块与人机界面同属相同行程；而其软件结构以程序语言C++加以完成。

图1中的主控流程模块12负责主控流程的控制，包括错误讯息处理模块，焊接顺序控制模块，通讯控制模块及产生稼动率模块等，主控流程模块12与数字控制器2利用串行通讯接口传输数据来沟通讯息，而其控制软件部份由程序语言C++来完成，并于即时系统RTX的视窗图示环境中执行工作。

图1中的输出/入接口存取实时控制系统模块13负责实时控制系统部份，其软件也以程序语言C++来完成，系统环境则为即时系统环境，此种作业环境可使整个系统达到非常精准的实时控制，用于输出/入接口的存取，快速命令的输出/入，及与数字控制器2的联系等，都能达到所需的控制要求。

主控流程模块12和人机界面与视觉模式11，输出/入接口存取实时控制系统模块13，利用档案绘制(File Mapping)与共用存储器(ShareMemory)技术彼此传送数据。

如图2所示，图2为图1中工业用电脑1更详细的电路方块图，其中，视讯卡21为相应于图1中的人机界面与视觉模块11，如前所述，负责人机界面与视觉处理，其连接一监视器24(Monitor)，用于显示系统状况，使操作者能藉由监视器24知道系统目前的状况，并加以控制。图2中的主机板22相应于图1中的主控流程模块12，负责处理主要流程的控制，将操作者所需要的数据与所要下的命令，与内部命令、数据的处理，做最有效率的控制。一般主机板内含有一中央控制单元(Central Processing Unit；CPU)，即通称为微处理器，并配备32百万位元的存储器，与数个总线(BUS)供界面卡使用以提高其效能，且利用输出/入界面卡连接键盘26、游标控制器27，并使用软、硬盘作为数据存取单元25。图2中的输出/入接口23为相应于图1中的实时控制模块13，于即时系统环境中处理输出/入控制与快速命令，并配合整体系统。

在本实施例中，本发明采用视窗图示软件的作业系统，视讯卡21则采用目前市面上的一般视讯卡，配合其所提供的驱动软件，作为取像显示与影像处理之用，而在输出/入接口23的控制方面，藉由即时系统功能，可直接设定时间一岔断控制与直接对输出/入接口的数据存取。

如图3所示，图3为本发明中的数字控制器的电路方块图，其中设有一控制单元31，利用数个以千位元为单位的微处理器负责执行主要的运算处理工作，而在本发明中则利用五个68千位元的微处理器；一个主控单元301，即为一微处理器负责控制有关通讯与元件程序组译的工作。另外有第一与第二伺服电动机的控制情形，而其取样时间为0.4ms。剩下的两个微处理器，其中一为步进电动机控制单元303，其用于控制一九轴的步进电动机的工作，另一个为可编程逻辑控制单元302，用于可编程逻辑控制的操作模式，并加快扫描时间至1ms，以使顺序控制响应加快。

除了负责主要控制的主控单元301的微处理器，是利用串行通讯接口与工业用电脑传输数据，并将另外可编程逻辑单元302、步进电动机控制单元303、与第一及第二伺服电动机控制单元304、305等四个微处理器的工作组合运算处理外，此四个粒处理器并利用一输出/入与数字/模拟驱动器306，来跟其他各个单元进行数据传输，其中有放电控制器307、光源控制器308、步进电动机驱动器309、伺服电动机与编码驱动器310、处理显示面板单元312、进出料二轴步进单元313、对单轴伺服与六轴步进的进给单元314、单轴焊线头控制单元315及向量X-Y平台控制单元316，并藉由此输出/入与数字/模拟驱动器306来与工业用电脑联络沟通；其中步进电动机驱动器309也与进出料二轴步进单元313和对单轴伺服与六轴步进的进给单元314有通讯联系；且其中伺服电动机与编码驱动器310也与对单轴伺服与六轴步进的进给单元314和单轴焊线头控制单元315及向量X-Y平台控制单元316有通讯联系，至于棋盘式位置控制单元311也受伺服电动机与编码驱动器310所控制。

如图4所示，图4为本发明实施例中的主要控制流程示意图，其中系统在开始执行工作401后，首先开始执行初值检测设定402的工作，完成步骤402后，进行主控模块步骤403，而后进行焊接控制模块步骤404，再执行视讯控制模块步骤405，之后，执行统计控制模块步骤406，完成统计后，进行驱动器控制模块步骤407，完成驱动工作，进行馈线机控制模块步骤408，而后，执行进料控制模块步骤409，再经出料控制模块步骤410后，进行通讯控制模块步骤411，至此，整个流程阶段完成；在经工作是否结束的询间步骤412后，如果继续执行工作，则流程重新回到主控模块步骤403，继续重复执行工作，不然则进入结束步骤413。

与现有技术相比，本发明具有如下效果：

由于本发明采用个人电脑组成的控制器，并将整个电控系统组成一统一整体，并将其模块化成一多工控制体系，且数字控制器利用一串行通讯接口与电脑来传送数据及信号；系统响应及时，响应速度快，精确度高，操作与维修方便。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并不以此限定本发明所保护的范围。

Claims (9)

1、一种电脑视窗界面的多工控制系统，由一工业用电脑、一数字控制器及一串行通讯接口；藉由串行通讯接口进行数据传输；

所述工业用电脑，负责人机界面处理、视觉系统、实时控制的输出/入系统以及主控流程的控制，其包括：

一人机界面与视觉模块，用于执行人机界面与影像处理程序；

一输出/入接口存取实时控制系统模块，处理输出/入控制与快速命令，并配合整体系统以执行实时系统控制程序；

一主控流程模块，用于执行主控流程控制程序，分别以档案绘制以及共享存储器方式，将数据传输到人机界面与视觉模块和输出/入接口存取实时控制系统模块；

所述数字控制器，负责运动控制及输出/入控制等工作，其包括：

一由数个微处理器构成的控制单元，其利用串行通讯接口和输出/入与数字/模拟驱动器分别与工业用电脑和其他各单元进行数据传输；

一输出/入与数字/模拟驱动器，其被控制单元中的数个微处理器利用以跟其他各单元进行数据传输并使可控制单元中的元件实现各自的功能；以及

一可控制单元，用于实现各种功能；

串行通讯接口，藉由一通讯标准RS-232及一总线，将数字控制器与人机界面与视觉模块和输出/入接口存取实时控制系统模块中的数据及命令相互传输，以完成数字控制器与工业用电脑中数据的传输。

2、根据权利要求1所述的多工控制系统，其特征在于，所述工业用电脑内部的人机界面与视觉功能模块，利用一视讯卡及一监视器显示系统状况，视讯卡及监视器相连接。

3、根据权利要求1所述的多工控制系统，其特征在于，所述工业用电脑内部的主控流程模块，运用一主机板，其中内含一中央控制单元，加上以百万位元为单位的存储器，及数个总线插槽供界面卡使用，并将操作者所需要的数据与命令，配合内部命令、数据的处理，将正在执行的工作组合运算。

4、根据权利要求3所述的多工控制系统，其特征在于，所述主控流程模块，运用主机板及数个总线插槽，藉由所述界面卡连接键盘、游标控制器，并使用软、硬盘储存数据。

5、根据权利要求1所述的多工控制系统，其特征在于，所述工业用电脑内部的人机界面与视觉模块、主控流程模块及输出/入接口存取实时控制模块之间的通讯数据，通过共用存储器完成，主要于二者之间产生一共用数据区，使用者只需对共用数据区读写即可，其余工作则由共用存储器工作模式处理。

6、根据权利要求1所述的多工控制系统，其特征在于，所述工业用电脑内的人机界面与视觉模块、主控流程模块及输出/入接口存取实时控制模块，三者之中，其内部的工作控制皆利用软件处理，软件程序使用低阶程序语言。

7、根据权利要求1所述的多工控制系统，其特征在于，所述数字控制器内部设有一控制单元，由数个68千位元的微处理器构成，其中一个负责主要控制有关通讯与元件程序组译工作；另一个负责可编程逻辑控制工作；另一个微处理器控制步进电动机；另有两个微处理器分别负责第一与第二伺服电动机的动作。

8、根据权利要求1所述的多工控制系统，其特征在于，所述数字控制器内设有一输出/入与数字/模拟驱动器，其将可编程逻辑控制单元的微处理器与步进电动机控制单元的微处理器及两个伺服电动机控制单元的微处理器加以组合，并与可控制单元中的元件相互联接协调。

9、根据权利要求8所述的多工控制系统，其特征在于，所述数字控制器内的一输出/入与数字/模拟驱动器，将可编程逻辑控制单元与步进电动机控制单元及伺服电动机控制单元的控制命令，加以组合并使所述可控制单元中的元件实现各自的功能，可控制单元包括：

一放电控制器，经由控制做放电动作；

一光源驱动器，经由控制做发光动作；

一步进电动机驱动器，经由控制驱动电动机；

一伺服与编码驱动器，经由控制驱动伺服电动机动作并进行编码；

一处理显示面板单元，以显示工作状况；

一进出料二轴步进单元，经由控制驱动二轴步电动机做进出料动作；

一对单轴伺服与六轴步进的进给单元，经由控制驱动伺服电动机与步进电动机，完成进给动作；

一向量X-Y平台控制单元，经由控制驱动向量X-Y平台，使其做平面运动；

一棋盘式位置控制单元，其配合伺服与编码驱动器。

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