CN117148779A - 基于集成开发环境的自动控制系统设计方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于集成开发环境的自动控制系统设计方法和系统，涉及计算机技术领域。该方法包括：需求调研，所述需求包括机床工艺和客户操作习惯；基于调研的结果，设计人机交互界面；使用PLC逻辑控制，实现人机交互界面以及IO处理；将特定的动作集成到宏程式中；调试整个工程的所有功能模块。该装置包括工程、人机交互界面、PLC功能模块和CNC程式模块，其中，所述工程包括HMI、PLC、CNC模块。本申请采用工程的概念，一个工程中包含HMI、PLC、CNC模块，工程中的所有资源都是共享的，方便各个功能模块之间的关联使用，同时工程中的每个功能都可以单独导入和导出，方便多人协作同时开发，提高开发效率。

Description

基于集成开发环境的自动控制系统设计方法和系统

技术领域

本申请涉及计算机技术领域，具体是一种基于集成开发环境的自动控制系统设计方法和系统。

背景技术

自动控制系统是对数控机床进行自动控制的系统。自动控制系统包含人机交互界面(HMI)、PLC逻辑控制、CNC程式执行、IO处理、功能调试、错误诊断等。目前大部分的自动控制系统都是分多个软件进行设计，每个软件采用不同的语言，客户需要使用多个软件才能完成项目的开发，过程繁琐且效率低下。

发明内容

本申请的目的在于提供一种基于集成开发环境的自动控制系统设计方法和系统，以解决上述背景技术中提出的技术问题。

为实现上述目的，本申请公开了以下技术方案：

在第一方面，本申请公开了一种基于集成开发环境的自动控制系统设计方法，该方法包括以下步骤：

STEP1：需求调研，所述需求包括机床工艺和客户操作习惯；

STEP2：基于调研的结果，设计人机交互界面；

STEP3：使用PLC逻辑控制，实现人机交互界面以及IO处理；

STEP4：将特定的动作集成到宏程式中；

STEP5：调试整个工程的所有功能模块；

STEP6：上机测试并使用。

作为优选，在所述STEP2中，所述人机交互界面的设计准则至少包括：可用性、安全性、数据可视化、操作指引、可扩展性中的一种或多种。

作为优选，在所述STEP3中，所述PLC逻辑控制至少包括：程式启动逻辑控制、手动操作逻辑控制、复位逻辑控制、换刀逻辑控制、切削液开关逻辑控制中的一种或多种。

作为优选，所述的STEP4，具体包括：

将组合动作的程序指令录入宏程式中，在用户选择该程序指令时，CNC执行该程序指令并实现该组合动作。

作为优选，所述的STEP5，具体包括：

STEP5-1：导入要调试的工程，所述工程包括人机交互界面、PLC和CNC程式；

STEP5-2：运行工程，调试所述人机交互界面中各个画面功能，并通过变数查看器进行查看当前使用的变数是否正确，并在出现错误时进行修正，修正完成之后，再次运行直至所有的变数均正确；

STEP5-3：调试所述CNC程式的执行效果，当所述CNC程式的执行存在问题时，借助人机交互界面上的显示工具查找问题的原因，并进行解决。

作为优选，所述CNC程式的执行效果是否出现问题的判据包括：刀具运行轨迹是否正确、刀具运行速度是否正确、刀具加速度是否正确。

作为优选，在所述STEP5-3中，当CNC程式出现问题时，重新启动所述CNC程式并进行运行效果的调试。

作为优选，在所述STEP5-3中，当PLC或参数出现问题，重新运行工程。

在第二方面，本申请公开了一种基于集成开发环境的自动控制系统设计系统，包括工程、人机交互界面、PLC功能模块和CNC程式模块，其中，所述工程包括HMI、PLC、CNC模块；

所述工程中的资源是共享的，所述资源包括变数、函数功能模块、警讯；

所述人机交互界面配置为：通过现实界面呈现数据和操作指引，并允许操作员访问数据和输入命令，以及显示加工状态、警讯和故障排查信息；

所述PLC功能模块配置为：提供逻辑控制功能、顺序控制功能、定时控制功能、计数控制功能、数学运算功能、IO处理功能、运动控制功能、过程控制功能、故障诊断功能；

所述CNC模块配置为：用于控制机床的执行轨迹，和进行数学运算、IO处理。

有益效果：本申请的基于集成开发环境的自动控制系统设计方法和系统，采用工程的概念，一个工程中包含HMI、PLC、CNC模块，工程中的所有资源都是共享的，方便各个功能模块之间的关联使用，同时工程中的每个功能都可以单独导入和导出，方便多人协作同时开发，提高开发效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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为本申请实施例中基于集成开发环境的自动控制系统设计方法的流程示意图；

图2为本申请实施例中基于集成开发环境的自动控制系统设计系统的结构框图；

图3为本申请实施例中的调试过程示意图。

具体实施方式

下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本文中，术语“包括”意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

请参阅图1-3

本实施例在第一方面公开了如图1所示的一种基于集成开发环境的自动控制系统设计方法，该方法包括以下步骤：

该方法包括以下步骤：

STEP1：需求调研，所述需求包括机床工艺和客户操作习惯。

STEP2：基于调研的结果，设计人机交互界面；人机界面设计在设计时需要考虑以下几个因素：可用性、安全性、数据可视化、操作指引、可扩展性等。

STEP3：使用PLC逻辑控制，实现人机交互界面以及IO处理；HMI和CNC程式中有许多动作是需要PLC配合才能实现的，例如：手动、回原点、程式启动等，这些动作操作是在HMI中，但动作的实现却在PLC中；换刀、开切屑液等汽缸动作，是在CNC程式中编写，但动作的实现也是需要PLC配合才能完成。

STEP4：为简化客户的编程，将特定的动作集成到宏程式中。根据机床工艺，有些组合动作是固定不变或相似的，为了简化CNC的编程、降低错误率，可以将这类动作放到宏程式中，在CNC程式中只需要编写一条指令，即可实现一系列的动作。

STEP5：调试整个工程的所有功能模块；在集成软体中可模拟控制器对整个工程进行调试，调试过程中出现的问题，可以方便及时的修改，保证上机运行的正确率。

STEP6：上机测试并使用。

具体的，STEP5中集成调试的步骤具体包括：

STEP5-1：导入要调试的工程，包含HMI/PLC/CNC程式。

STEP5-2：运行工程，调试HMI中各个画面功能。由于很多HMI的动作是需要PLC配合才能完成的，这时需要查找PLC和HMI两方面的原因。我们可以通过变数查看器进行查看当前使用的变数是否正确，从而找出错误的原因，并进行修正，修正完成之后，再次运行即可。

STEP5-3：调试CNC程式执行效果。CNC程式执行是否正确，至少要查看3个标准：轨迹、速度、加速度(机台抖动)。当CNC程式执行存在问题时，需要借助HMI上的显示工具查找问题的原因，从而快速准确的锁定问题。若为CNC程式的问题，则只需要再次启动CNC程式即可。若为PLC或参数问题，则需要再次运行工程。

本实施例还公开了一种基于集成开发环境的自动控制系统设计系统，包括工程、人机交互界面、PLC功能模块和CNC程式模块，其中，所述工程包括HMI、PLC、CNC模块。

一个工程中包含HMI、PLC、CNC模块，工程中的所有资源(包括变数、函数功能模块、警讯等)都是共享的，方便各个功能模块之间的关联使用，同时工程中的每个功能都可以单独导入和导出，方便多人协作同时开发，提高开发效率。

人机界面(HMI)是一种人类操作员与机器进行交互的用户界面。HMI通过清晰简洁的界面呈现数据和操作指引，易于使用，可允许操作员轻松的访问数据和输入命令；HMI通过显示加工状态、警讯和故障排查信息，当机器出现故障时操作员可以及时准确地采取行动，提高安全性；同时HMI还可以进行远程控制和监控，方便进行安全和生产管理。HMI可以采用多种形式，包括：简单直观的触摸、鼠标交互方式；带有按钮和显示器的物理控制面板交互方式；使用PC实现一对一或一对多的过程控制方式；使用Web浏览器在任何设备上实现远程监视和控制等方式。

PLC功能主要包含逻辑控制功能、顺序控制功能、定时控制功能、计数控制功能、数学运算、IO处理、运动控制、过程控制、故障诊断等功能。PLC支持的语言包括以下五种：梯形图(LD)、指令表(IL)、功能模块图(FBD)、顺序功能流程图(SFC)及结构化文本(ST)，并支持使用C语言和Python编写模块功能。

CNC程式是数控机床最为广泛使用的编程语言，是区别于PLC控制器和数控系统的主要标识，用于控制自动机床的执行轨迹，也可进行数学运算、IO处理等辅助动作。由于其以G字母的值决定功能，通常也称为“G代码”或“G指令”。例如：G00为实现快速定位、G01为直线插补、G02为顺圆插补、G03为逆圆插补等已成为整个数控行业的标准。目前有许多CAM软件都可自动生成标准的CNC程式。一些与机床工艺相关的集成动作也可以通过宏程式来实现，这样客户在编写CNC程式的时候就可以通过一个简单的指令带入参数实现复杂的动作。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，处理器可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。

最后应说明的是：以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于集成开发环境的自动控制系统设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

STEP1：需求调研，所述需求包括机床工艺和客户操作习惯；

STEP2：基于调研的结果，设计人机交互界面；

STEP3：使用PLC逻辑控制，实现人机交互界面以及IO处理；

STEP4：将特定的动作集成到宏程式中；

STEP5：调试整个工程的所有功能模块；

STEP6：上机测试并使用。

2.根据权利要求1所述的基于集成开发环境的自动控制系统设计方法，其特征在于，在所述STEP2中，所述人机交互界面的设计准则至少包括：可用性、安全性、数据可视化、操作指引、可扩展性中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的基于集成开发环境的自动控制系统设计方法，其特征在于，在所述STEP3中，所述PLC逻辑控制至少包括：程式启动逻辑控制、手动操作逻辑控制、复位逻辑控制、换刀逻辑控制、切削液开关逻辑控制中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的基于集成开发环境的自动控制系统设计方法，其特征在于，所述的STEP4，具体包括：

将组合动作的程序指令录入宏程式中，在用户选择该程序指令时，CNC执行该程序指令并实现该组合动作。

5.根据权利要求1所述的基于集成开发环境的自动控制系统设计方法，其特征在于，所述的STEP5，具体包括：

STEP5-1：导入要调试的工程，所述工程包括人机交互界面、PLC和CNC程式；

STEP5-2：运行工程，调试所述人机交互界面中各个画面功能，并通过变数查看器进行查看当前使用的变数是否正确，并在出现错误时进行修正，修正完成之后，再次运行直至所有的变数均正确；

STEP5-3：调试所述CNC程式的执行效果，当所述CNC程式的执行存在问题时，借助人机交互界面上的显示工具查找问题的原因，并进行解决。

6.根据权利要求5所述的基于集成开发环境的自动控制系统设计方法，其特征在于，所述CNC程式的执行效果是否出现问题的判据包括：刀具运行轨迹是否正确、刀具运行速度是否正确、刀具加速度是否正确。

7.根据权利要求6所述的基于集成开发环境的自动控制系统设计方法，其特征在于，在所述STEP5-3中，当CNC程式出现问题时，重新启动所述CNC程式并进行运行效果的调试。

8.根据权利要求6所述的基于集成开发环境的自动控制系统设计方法，其特征在于，在所述STEP5-3中，当PLC或参数出现问题，重新运行工程。

9.一种基于集成开发环境的自动控制系统设计系统，其特征在于，包括工程、人机交互界面、PLC功能模块和CNC程式模块，其中，所述工程包括HMI、PLC、CNC模块；

所述工程中的资源是共享的，所述资源包括变数、函数功能模块、警讯；

所述人机交互界面配置为：通过现实界面呈现数据和操作指引，并允许操作员访问数据和输入命令，以及显示加工状态、警讯和故障排查信息；

所述PLC功能模块配置为：提供逻辑控制功能、顺序控制功能、定时控制功能、计数控制功能、数学运算功能、IO处理功能、运动控制功能、过程控制功能、故障诊断功能；

所述CNC模块配置为：用于控制机床的执行轨迹，和进行数学运算、IO处理。