CN116074397A - 一种数据共享系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机器人控制技术领域，公开了一种数据共享系统。本发明中，该数据共享系统，包括于工业机器人的控制系统，所述数据共享系统包括：处理器模块、总线通讯模块、调试监控模块；其中，所述处理器模块为所述数据共享系统提供处理器；所述总线通讯模块用于实现所述工业机器人与PLC设备的数据通信；其中，所述PLC设备为与所述工业机器人通信总线协议不同的PLC设备；所述调试监控模块用于对所述工业机器人的任务运行情况进行监控和/或调试。能够解决机器人控制器无法连接外部PLC控制器的问题，扩大机器人控制器的使用范围。
Description
技术领域
本发明涉及机器人控制技术领域，尤其是涉及一种数据共享系统。
背景技术
近年来，以互联网、大数据、人工智能为代表的新兴技术与制造业加速融合，促进了智能制造的发展。工业机器人的应用也覆盖到了更为广泛的行业，如汽车制造、3C电子电气、橡胶及塑料、食品、化工、铸造等各行各业。生产也越来越智能化，并逐渐满足新提出的信息化、数字化、精确化等要求。
随着使用场景越来越多，现有的机器人控制器也遇到了一些问题。在一些需要机器人控制器与其他PLC设备通讯的应用场景中，可能会出现控制器不支持该协议接口的情况。譬如机器人控制器上软PLC自带使用EtherCAT作为主站进行通信，然而使用现场还需要和仅支持Profinet协议的外接PLC进行通信，或者是需要和仅支持Ethernet/IP协议的外接PLC进行通信。可见机器人控制器的适用范围就非常受限。
因此，解决机器人控制器无法连接外部PLC控制器的问题，扩大机器人控制器的使用范围成为了亟待解决的问题。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种数据共享系统，用以解决机器人控制器无法连接外部PLC控制器的问题，扩大机器人控制器的使用范围。
为了解决上述问题，本发明的实施方式提供了一种数据共享系统，属于工业机器人的控制系统，所述数据共享系统包括：处理器模块、总线通讯模块、调试监控模块；其中，所述处理器模块为所述数据共享系统提供处理器；所述总线通讯模块用于实现所述工业机器人与PLC设备的数据通信；其中，所述PLC设备为与所述工业机器人通信总线协议不同的PLC设备；所述调试监控模块用于对所述工业机器人的任务运行情况进行监控和/或调试。
在本发明的实施方式中，该数据共享系统属于工业机器人的控制系统，所述数据共享系统包括：处理器模块、总线通讯模块、调试监控模块；其中，所述处理器模块为所述数据共享系统提供处理器；所述总线通讯模块用于实现所述工业机器人与PLC设备的数据通信；其中，所述PLC设备为与所述工业机器人通信总线协议不同的PLC设备；所述调试监控模块用于对所述工业机器人的任务运行情况进行监控和/或调试。本申请提供的数据共享系统，解决了基于一种通信总线协议作为主站的自动化控制器在工业现场与其它不同通信总线协议的PLC设备通讯难的问题，能够实现跨多种工业总线通信。解决了机器人控制器无法连接外部PLC控制器的问题，扩大了机器人控制器的使用范围。
在一些实施例中，所述处理器模块为嵌入式ARM处理器。
在一些实施例中，所述总线通讯模块包括EtherCat从站总线通讯模块和转换协议通讯模块；其中，所述EtherCat从站总线通讯模块作为EtherCat从站与主站建立通信连接；所述转换协议通讯模块用于将所述工业机器人的通信总线协议转换为所述PLC设备所对应的通信总线协议。
在一些实施例中，所述转换协议通讯模块包括第一通讯模块和/或第二通讯模块。
在一些实施例中，所述第一通讯模块包括：Profinet从站、EtherNet/IP从站、CClink Basic从站。
在一些实施例中，所述第二通讯模块包括：CClink从站。
在一些实施例中，所述第二通讯模块以拓展卡的方式部署在所述数据共享系统中。
在一些实施例中，所述EtherCat从站总线通讯模块和所述转换协议通讯模块分别对共享数据区进行读写。通过共享内存的方式，省去不必要的了内存的搬移次数，减少了数据传输的延时。
在一些实施例中，所述转换协议通讯模块还用于自动识别所述PLC设备所对应的通信总线协议。
在一些实施例中，所述转换协议通讯模块还用于根据所述通信总线协议确定界面接收到的信息或模式开关的信号确定所述PLC设备所对应的通信总线协议。
附图说明
一个或多个实施方式通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施方式的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是根据本发明至少一实施方式提供的数据共享系统的结构示意图；
图2是根据本发明至少一实施方式提供的对共享数据区进行读写的示意图；
图3是根据本发明至少一实施方式提供的数据共享系统运行的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
本发明的一实施方式涉及一种数据共享系统。
在本实施方式中，该数据共享系统包括于工业机器人的控制系统，所述数据共享系统包括：处理器模块、总线通讯模块、调试监控模块；其中，所述处理器模块为所述数据共享系统提供处理器；所述总线通讯模块用于实现所述工业机器人与PLC设备的数据通信；其中，所述PLC设备为与所述工业机器人通信总线协议不同的PLC设备；所述调试监控模块用于对所述工业机器人的任务运行情况进行监控和/或调试。
下面对本实施例中的数据共享系统的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解本方案的实现细节，并非实施本方案的必须。该数据共享系统的结构示意图如图1所示，可包括如下组成部分：处理器模块、总线通讯模块、调试监控模块；其中，所述处理器模块为所述数据共享系统提供处理器；所述总线通讯模块用于实现所述工业机器人与PLC设备的数据通信；其中，所述PLC设备为与所述工业机器人通信总线协议不同的PLC设备；所述调试监控模块用于对所述工业机器人的任务运行情况进行监控和/或调试。
在一些实施例中，本实施方式提供的数据共享系统所包括的处理器模块可以是嵌入式ARM处理器。在本实施方式中，由于数据共享系统属于运行专用功能软件的系统，因此可以选择低功耗、低成本的嵌入式ARM处理器。此外，操作系统可以选择开源实时操作系统，开源实时操作系统拥有优秀的多任务调度算法，在满足实时性要求的同时还集成了TCP/IP协议栈，方便以太网上直接通讯使用。
值得说明的是，在工业现场，机器人控制系统里一般使用EtherCat通讯总线作为默认通讯主站。在本实施方式中总线通讯模块用于供EtherCat总线与其他总线进行数据交换，完成机器人与其他PLC设备的数据通信。在一些实施例中，所述总线通讯模块可以包括EtherCat从站总线通讯模块和转换协议通讯模块；其中，所述EtherCat从站总线通讯模块作为EtherCat从站与主站建立通信连接；所述转换协议通讯模块用于将所述工业机器人的通信总线协议转换为所述PLC设备所对应的通信总线协议。
在本实施方式提供的数据共享系统中，为了实现跨EtherCat的数据共享功能，需要将EtherCat通讯总线本身作为一个从站和主站建立通讯连接。EtherCat从站由专用从站硬件模块来实现协议包的解析、下发等，结合从站软件运行其上以满足通信总线协议的高实时性。
在一些实施例中，所述转换协议通讯模块可以包括第一通讯模块和/或第二通讯模块。其中，第一通讯模块可以称为通用通讯模块，第二通讯模块也可以成称为专用通讯模块。
在一些实施例中，通用通讯模块可以包括Profinet从站、EtherNet/IP从站、CClink Basic从站等多种类型。这些从站在实际场景中与各种专用的外接PLC进行通讯。以上列举的三种通讯接口，由通用通讯模块即以太网通讯接口结合软件通讯从站实现。
针对运行多种通讯协议的网络，譬如外接交换机的整个网络上有通过Profinet协议通讯的主站，也有通过Ethernet/IP协议通讯的主站，转换协议通讯模块可以设置手动选择通讯协议模式。在一些实施例中，数据共享系统可以提供通信总线协议选择页面，供技术人员确定与工业机器人通信的PLC设备属于何通信总线协议。换言之，在一些实施例中，所述转换协议通讯模块还用于根据所述通信总线协议确定界面接收到的信息确定所述PLC设备所对应的通信总线协议。
在另一些实施例中，针对运行单通讯协议的网络还可以通过默认智能模式，即软件判断自动识别运行的通讯协议。换言之，在一些实施例中，所述转换协议通讯模块还用于自动识别所述PLC设备所对应的通信总线协议。通用通讯模块上，多种通信总线协议可以切换运行，不但能够降低生产成本，还能够同时打破本实施方式提供的数据共享系统的使用限制、扩充本数据共享系统使用范围。
此外，专用通讯模块是指CClink等需要特定从站硬件的通讯模块。在一些实施例中，专用通讯模块可以通过扩展卡的方式来使用，在节约了共享数据系统的实现成本的同时，还有利于进行接口复用。
转换协议通讯模块的相关软件是整个数据共享系统性能的关键。软件部分除了多个协议从站代码，还包括协议类型判断模块。此处所说的协议类型判断模块通过外部硬件信号或者智能协议类型判断的方法，确定需要转换协议的类型。可以通过模式开关提供硬件信号来手动选择协议。智能协议判断方法则是通过捕捉物理协议帧数据协议类型，由软件智能判断通信总线协议的类型。
作为一种跨多种工业总线适配器系统，除了手动选择设置接入总线类型，增加适配工业总线的自动化识别技术，智能识别外接PLC的总线协议类型进行数据转换。增加在线调试功能，允许接入外接调试主机，通过调试接口查看该适配器的状态以及对其进行配置操作。
在一些实施例中，所述转换协议通讯模块所对应的转换协议栈与EtherCat从站总线通讯模块所对应的EtherCat协议栈分别读写共享数据区，能够实现数据快速协议转换。整个系统中，硬件提供多种接口，由软件最终确定一对一的数据协议转换，实现本系统功能。EtherCat从站总线通讯模块执行的EtherCat从站任务和所述转换协议通讯模块所执行的待转换协议栈任务对共享数据区进行读写的示意图如图2所示。在上述实施例中，通过共享内存的方式，省去不必要的了内存的搬移次数，延时更少；共享数据区单流向设计，符合并发读写机制，进一步提高了读写效率。
此外，本实施方式提供的数据共享系统支持本地调试接口，开发者可以通过调试接口来查看任务运行情况，共享内存区数据变化状态，方便进行软件开发和运行维护。
在本实施方式提供的数据共享系统构建完成后，数据共享系统运行的流程示意图可以如图3所示。如图3，首先对预设的共享内存区进行初始化，以使得EtherCat从站总线通讯模块和转换协议通讯模块均能够对该共享内存区进行读写；进一步地，启动EtherCat从站任务运行，进而读入硬件开关传输的信号，并判断根据该信号已经能够获知转换协议通讯模块需要转换至的通讯协议，或是仍需要对需要转换的通讯协议进行进一步的智能判断。若需要，则绑定通用接口对于工业机器人通信的PLC设备所对应的通信总线协议进行侦测，并在侦测后启动转换协议通讯模块转换至该通信总线协议。最终，在确定可以结束的情况下，结束本数据共享系统的运行流程，实现了将工业机器人跨通信总线协议的通信连接。
在一个例子中，为了验证本实施方式提供的数据共享系统，选用瑞萨RZ/N2L型网关芯片作为本数据共享系统的主芯片，另外配备支持4GB寻址的ARM 
-R52处理器，提供EtherCat从站模块、Ethernet接口、板上设计扩展口可以增加CC-link硬件模块。板上运行FreeRTOS操作系统,在其上运行协议转换软件。本例中可以通过拨码开关决定需要转换的通信总线协议，也可以使用智能模式由软件系统自动识别确定转换至何通信总线协议模式。双协议栈运行任务通过既定的共享内存进行数据通信。可以通过调试串口监控各任务运行状态，获取数据交换情况。
PLC的数据通讯延时一般要求30us以内。机器人上软PLC codesys环境使用EtherCat作为默认通讯总线，其本身作为主站，外接PLC通过一个外接的交换机进行通讯。PLC只支持Profinet通讯协议，通过拨码开关选定运行模式，开机上电。PLC控制器将数据共享系统通过GSDL文件映射为一个Profinet从站，建立读写通道，读写周期设置为1us。机器人端通过一个xml设备描述文件将数据共享系统映射为一个EtherCat的从站,建立DI、DO，任务周期设置为4us。调试主机通过RS232串口连接到共享文件系统，可以通过查看软件输出信息的方式来监控数据变化。在PLC端写通道里进行赋值，数据会立即传输到EtherCat的主站的DI。通过以太网，调试主机在DO区域写入数据，我们可以在PLC的主站端获得数据。
上述例子通过程序乒乓测试对本实施方式提供的数据共享系统进行了验证，测试得出128byte的数据在PLC端传输一个来回延时是12us以内，单程的传输延时是6us以内。因此可以得出结论，基于本实施方式提供的数据共享系统进行数据传输能够实现完整有效的跨总线传输，足够满足大部分工业机器人应用场景的延时需求。
在本发明的实施方式中，该数据共享系统包括于工业机器人的控制系统，所述数据共享系统包括：处理器模块、总线通讯模块、调试监控模块；其中，所述处理器模块为所述数据共享系统提供处理器；所述总线通讯模块用于实现所述工业机器人与PLC设备的数据通信；其中，所述PLC设备为与所述工业机器人通信总线协议不同的PLC设备；所述调试监控模块用于对所述工业机器人的任务运行情况进行监控和/或调试。本申请提供的数据共享系统，解决了基于一定的通信总线协议作为主站的自动化控制器在工业现场与其它不同通信总线协议的PLC设备通讯难的问题，能够实现跨多种工业总线通信。解决了机器人控制器无法连接外部PLC控制器的问题，扩大了机器人控制器的使用范围。
本申请达到的有益效果主要有以下几点：
1、打破了不同通信总线协议的设备之间通信的障碍，实现了机器人控制器与不同通信总线协议的PLC设备之间的通信。
2、能够满足工业机器人在一般应用场景里，PLC通讯20us以内的实时需求。
3、能够通过手动选择方式或者自动化识别技术来灵活判断PLC设备传输协议类型。
值得一提的是，本发明上述实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。
上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现和使用本发明的，本领域普通技术人员可以在不脱离本申请的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该符合权利要求书所提到的创新性特征的最大范围。
Claims (10)
1.一种数据共享系统，其特征在于，包括于工业机器人的控制系统，所述数据共享系统包括：处理器模块、总线通讯模块、调试监控模块；
其中，所述处理器模块为所述数据共享系统提供处理器；
所述总线通讯模块用于实现所述工业机器人与PLC设备的数据通信；其中，所述PLC设备为与所述工业机器人通信总线协议不同的PLC设备；
所述调试监控模块用于对所述工业机器人的任务运行情况进行监控和/或调试。
2.根据权利要求1所述的数据共享系统，其特征在于，所述处理器模块为嵌入式ARM处理器。
3.根据权利要求1所述的数据共享系统，其特征在于，所述总线通讯模块包括EtherCat从站总线通讯模块和转换协议通讯模块；其中，所述EtherCat从站总线通讯模块作为EtherCat从站与主站建立通信连接；所述转换协议通讯模块用于将所述工业机器人的通信总线协议转换为所述PLC设备所对应的通信总线协议。
4.根据权利要求3所述的数据共享系统，其特征在于，所述转换协议通讯模块包括第一通讯模块和/或第二通讯模块。
5.根据权利要求4所述的数据共享系统，其特征在于，所述第一通讯模块包括：Profinet从站、EtherNet/IP从站、CClink Basic从站。
6.根据权利要求4所述的数据共享系统，其特征在于，所述第二通讯模块包括：CClink从站。
7.根据权利要求6所述的数据共享系统，其特征在于，所述第二通讯模块以拓展卡的方式部署在所述数据共享系统中。
8.根据权利要求3所述的数据共享系统，其特征在于，所述EtherCat从站总线通讯模块和所述转换协议通讯模块分别对共享数据区进行读写。
9.根据权利要求3所述的数据共享系统，其特征在于，所述转换协议通讯模块还用于自动识别所述PLC设备所对应的通信总线协议。
10.根据权利要求9所述的数据共享系统，其特征在于，所述转换协议通讯模块还用于根据所述通信总线协议确定界面接收到的信息或模式开关的信号确定所述PLC设备所对应的通信总线协议。
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