CN204086978U - 一种基于以太网的自动化柔性生产线控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于以太网的自动化柔性生产线控制系统，包括生产控制层和设备控制层；生产控制层包括生产订单管理计算机、工业控制计算机以及数据库服务器；设备控制层包括总控制PLC、机器人控制系统、若干个数控系统和工业控制计算机的设备控制部分；各计算机之间采用以太网互联；工业控制计算机通过总控制PLC控制机器人控制系统并且采集各个设备的状态，机器人控制系统根据总控制PLC信号做出相应动作，并在动作完成后发出完成信号至总控制PLC，总控制PLC更新状态并返回信号工业控制计算机。具有提高机械加工自动化程度、提高生产效率和生产质量、降低劳动力强度及劳动力成本的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及工业信息化、工业自动控制机械加工领域，尤其是涉及一种基于以太网的自动化柔性生产线控制系统。
背景技术
随着商品经济的快速发展，社会对机械加工品的需求日益加大，面对工艺复杂、多品种、小批量的产品生产需求以及不断提升的人工劳动力成本，机械加工行业急需寻找一种更高效、更可靠、更低成本的生产方式，以改变劳动力导向型的现状。信息技术和工业自动化技术的发展为企业构建自动化柔性生产线带来了可能。
发明内容
本实用新型的目的是针对上述存在问题，提供一种提高机械加工自动化程度、提高生产效率和生产质量、降低劳动力强度及劳动力成本的基于以太网的自动化柔性生产线控制系统。
本实用新型的目的是这样实现的：包括生产控制层和设备控制层；所述生产控制层包括生产订单管理计算机、工业控制计算机以及数据库服务器；所述设备控制层包括总控制PLC、机器人控制系统、若干个数控系统和工业控制计算机的设备控制部分；所述生产控制层采用C/S架构搭建，生产订单管理计算机与工业控制计算机之间采用以太网互联，并由工业控制计算机负责生产控制层和设备控制层之间的连接；所述数据库服务器用于存放生产订单的数据、生产设备的数据以及料架、装卸站的数据；所述工业控制计算机基于数控系统以太网通信函数库所开发的通信层实现向数控系统发送NC程序，远程启动数控加工，读写数控系统内部变量和监视数控系统，实现对数控系统的控制；所述工业控制计算机通过总控制PLC控制机器人控制系统并且采集各个设备的状态，机器人控制系统根据总控制PLC信号做出相应动作，并在动作完成后发出完成信号至总控制PLC，总控制PLC更新状态并返回信号工业控制计算机。
本实用新型，工业控制计算机的软件设计分为软件通用部分和软件专用部分，软件通用部分用于与数据库服务器交互以及界面维护，软件专用部分则根据数控系统进行设计，用于对不同数控系统监控。
本实用新型，设备控制层采用NC加工预处理程序对数控系统进行控制，通过数控系统中预定义好的M代码对数控系统的PLC进行控制，通过数控系统的PLC实现对机器人控制系统的控制。
本实用新型，数控系统或者总控制PLC在发送具体指令前发送一空闲询问信号至机器人控制系统，直至收到机器人空闲反馈信号才开始发送具体任务以及位置信号，在收到机器人控制系统反馈空闲信号前，设备一直处于等待阶段。
本实用新型，当机器人控制系统在响应某一设备的任务时，会屏蔽其他设备的空闲询问信号直至其执行完任务回到空闲状态。
本实用新型，总控制PLC控制机器人控制系统实现料架到装卸站之间的上、下料任务以及监视其它数控设备的运行情况，并将信号反馈至工业控制计算机。
本实用新型，实现数控加工设备自动上、下料，根据预先设定的加工工序自动对物料进行加工，实现长时间、多物料的无人化机械加工。具有提高机械加工自动化程度、提高生产效率和生产质量、降低劳动力强度及劳动力成本的优点。
下面实施例结合附图对本实用新型作进一步的说明。
附图说明
图1是本实用新型的一个实施例的控制系统方框图；
图2是本实用新型的生产线管理系统工作流程图；
图3是本实用新型的机器人控制系统的控制信号流程图。
具体实施方式
参照图1至图3，本实施例公开了一种基于以太网的自动化柔性生产线控制系统，是一种结合计算机信息技术、数据库技术、现场设备控制技术和工业机器人应用技术构建的自动化柔性生产线控制系统，包括生产控制层和设备控制层；生产控制层包括生产订单管理计算机、工业控制计算机以及数据库服务器；设备控制层包括总控制PLC、机器人控制系统、若干个数控系统和工业控制计算机的设备控制部分；生产控制层是用户直接操作的部分，而设备控制层是根据生产控制层数据以及设备情况对设备进行控制从而自动完成生产，对用户来说，设备控制层是透明的，用户仅需对生产控制层进行操作；生产控制层采用C/S架构搭建，生产订单管理计算机与工业控制计算机之间采用以太网互联，并由工业控制计算机负责生产控制层和设备控制层之间的连接；数据库服务器用于存放生产订单的数据、生产设备的数据以及料架、装卸站的数据；工业控制计算机基于数控系统以太网通信函数库所开发的通信层实现向数控系统发送NC程序，远程启动数控加工，读写数控系统内部变量和监视数控系统，实现对数控系统的控制；工业控制计算机通过总控制PLC控制机器人控制系统并且采集各个设备的状态，机器人控制系统根据总控制PLC信号做出相应动作，并在动作完成后发出完成信号至总控制PLC，总控制PLC更新状态并返回信号工业控制计算机；所述工业控制计算机的软件设计分为软件通用部分和软件专用部分，软件通用部分用于与数据库服务器交互以及界面维护，而软件专用部分则根据数控系统进行设计，用于对不同数控系统监控；所述设备控制层采用NC加工预处理程序对数控系统进行控制，通过数控系统中预定义好的M代码对数控系统的PLC进行控制，通过数控系统的PLC实现对机器人控制系统的控制；所述数控系统或者总控制PLC在发送具体指令前发送一空闲询问信号至机器人控制系统，直至收到机器人空闲反馈信号才开始发送具体任务以及位置信号，在收到机器人控制系统反馈空闲信号前，设备一直处于等待阶段；当所述机器人控制系统在响应某一设备的任务时，会屏蔽其他设备的空闲询问信号直至其执行完任务回到空闲状态；所述总控制PLC控制机器人控制系统实现料架到装卸站之间的上、下料任务以及监视其它数控设备的运行情况，并将信号反馈至工业控制计算机。
本实用新型，计算机中所涉及的软件是基于微软公司C#语言编写，运行于微软桌面操作系统Windows与微软.Net Framework平台上，数据库服务器采用微软公司的SQL Server服务器。
本实用新型，采用分级控制搭建设备控制层，在工业控制计算机与数控系统以及总控制PLC一级采用以太网作为控制总线，而在数控系统与机器人控制系统之间则采用PLC的I/O口进行通信以保证正确性和实时性。
本实用新型，生产订单管理计算机用于添加、编辑和查询生产订单以及其数据和状态，完整的生产订单需输入生产订单编号、数量、加工工序以及工序对应的数控加工程序和对应的加工设备，并且将生产订单的任务与数据库中的存在的托盘编号互相绑定，输入绑定托盘的参数，如加工偏移量；订单管理计算机的软件采用C#编写，以桌面软件的形式进行设计；用户操作的数据被存放进数据库服务器中以便查询，编辑以及工业控制计算机的软件使用。
本实用新型，工业控制计算机中的专用部分软件使用数控系统厂家提供的数控系统以太网通信函数库进行通信层开发，如数控系统FAGOR提供的FCOM.dll，数控系统FANUC提供的FOCAS函数库。基于数控系统以太网通信函数库所开发的通信层能实现向数控系统发送NC程序，远程启动数控加工，读取数控系统内部变量，监视数控系统状态和异常等功能。工业控制计算机的软件采用C#编写，以桌面软件的形式进行设计。
本实用新型，数据库服务器用于存放生产订单的数据、生产设备的数据以及料架、装卸站的数据，其中订单数据表格包括订单表、子订单表、加工工序表和加工程序表，生产设备数据包括设备表、数控设备配置表、数控设备状态表，料架、装卸站表格包括料架位置表格、托盘信息表格以及装卸站信息表格。其中，各部分之间由外键和中间表连接，以便于数据的增删改查。本实用新型中数据的存储语句均采用数据库的存储过程的形式，增加了系统的可维护性以及安全性。
本实用新型，工业控制计算机主要通过NC程序实现对数控加工设备的控制。在数控加工设备中预先定义好相应的M代码，如表1所示，工业控制计算机软件会根据其调度生成相应的加工预处理NC程序并发送至加工设备执行。加工设备执行加工预处理NC程序将其相应I/O口置位、复位从而形成对搬运机器人的控制信号发送至机器人控制器并等待其返回信号。搬运机器人再根据其信号做出相应的上、下料动作，并在完成后发出完成信号至数控加工设备。数控设备则相应的开始加工或者发送完成信号给工业控制计算机。
| M代码 | 代码含义 | 对应输入输出口 |
| M115 | 机器人空闲询问信号 | O41 |
| M117 | 机器人启动信号 | O42 |
| M119 | 上料请求 | O43 |
| M120 | 下料请求 | O44 |
| M121/M122 | 置位/复位位置信号0 | O45 |
| M123/M124 | 置位/复位位置信号1 | O46 |
| M125/M126 | 置位/复位位置信号2 | O47 |
| M127/M128 | 置位/复位位置信号3 | O48 |
| M129/M130 | 置位/复位位置信号4 | O49 |
表1：FAGOR系统预处理M代码含义机器对应I/O
本实用新型，工业控制计算机通过向数控设备发送NC加工程序或者控制数控设备采用DNC加工方式实现物料加工。根据用户的操作，对不同物料选择相应的NC程序，从而实现柔性化加工。
本实用新型，工业控制计算机通过总控制PLC直接控制机器人并且采集各个设备的状态，从而确保系统的安全运行。总控制PLC对机器人的控制包括控制机器人在料架和装卸站之间的物流，其控制动作包括上料和下料。其控制与数控系统的PLC对机器人的控制类似，如表2所示。PLC通过I/O口发送信号至机器人并等待返回信号。搬运机器人再根据其信号做出相应的上、下料动作，并在完成后发出完成信号至总控制PLC。总控制PLC更新状态并返回信号至工业控制计算机。
| 对应输入输出口 | 代码含义 |
| O0.0 | 机器人空闲询问信号 |
| O0.1 | 机器人启动信号 |
| O0.2 | 上料请求 |
| O0.3 | 下料请求 |
| O0.4 | 装卸站位置A |
| O0.5 | 装卸站位置B |
| O1.1 | 置位/复位位置信号0 |
| O1.2 | 置位/复位位置信号1 |
| O1.3 | 置位/复位位置信号2 |
| O1.4 | 置位/复位位置信号3 |
| O1.5 | 置位/复位位置信号4 |
表2：总控制PLC的I/O口含义
本实用新型，搬运机器人通过控制器的I/O口接收信号并完成相应的物料搬运动作请求。动作请求一般包括：数控加工设备从料架上料，数控加工设备下料至料架，料架从装卸站上料，料架下料至装卸站。控制器通过不同I/O判断不同设备的请求。机器人空闲时，当设备发送空闲询问信号时会返回一空闲信号至询问设备，并等待设备发送其他指令过来完成相应动作，返回完成信号并回到空闲状态。机器人在执行动作时会拒绝其他设备的空闲询问信号，则其他设备会等待直至机器人回到空闲状态并返回空闲信号。
本实用新型，对料架位置进行编号，机器人根据该各数控设备的信号对该编号进行识别。
Claims (6)
1.一种基于以太网的自动化柔性生产线控制系统，其特征在于：包括生产控制层和设备控制层；所述生产控制层包括生产订单管理计算机、工业控制计算机以及数据库服务器；所述设备控制层包括总控制PLC、机器人控制系统、若干个数控系统和工业控制计算机的设备控制部分；所述生产控制层采用C/S架构搭建，生产订单管理计算机与工业控制计算机之间采用以太网互联，并由工业控制计算机负责生产控制层和设备控制层之间的连接；所述数据库服务器用于存放生产订单的数据、生产设备的数据以及料架、装卸站的数据；所述工业控制计算机基于数控系统以太网通信函数库所开发的通信层实现向数控系统发送NC程序，远程启动数控加工，读写数控系统内部变量和监视数控系统，实现对数控系统的控制；所述工业控制计算机通过总控制PLC控制机器人控制系统并且采集各个设备的状态，机器人控制系统根据总控制PLC信号做出相应动作，并在动作完成后发出完成信号至总控制PLC，总控制PLC更新状态并返回信号工业控制计算机。
2.根据权利要求1所述的基于以太网的自动化柔性生产线控制系统，其特征在于：所述工业控制计算机的软件设计分为软件通用部分和软件专用部分，所述软件通用部分用于与数据库服务器交互以及界面维护。
3.根据权利要求1或2所述的基于以太网的自动化柔性生产线控制系统，其特征在于：所述设备控制层采用NC加工预处理程序对数控系统进行控制，通过数控系统中预定义好的M代码对数控系统的PLC进行控制，通过数控系统的PLC实现对机器人控制系统的控制。
4.根据权利要求3所述的基于以太网的自动化柔性生产线控制系统，其特征在于：所述数控系统或者总控制PLC在发送具体指令前发送一空闲询问信号至机器人控制系统，直至收到机器人空闲反馈信号才开始发送具体任务以及位置信号，在收到机器人控制系统反馈空闲信号前，设备一直处于等待阶段。
5.根据权利要求3所述的基于以太网的自动化柔性生产线控制系统，其特征在于：当所述机器人控制系统在响应某一设备的任务时，会屏蔽其他设备的空闲询问信号直至其执行完任务回到空闲状态。
6.根据权利要求4或5所述的基于以太网的自动化柔性生产线控制系统，其特征在于：所述总控制PLC控制机器人控制系统实现料架到装卸站之间的上、下料任务以及监视其它数控设备的运行情况，并将信号反馈至工业控制计算机。
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