CN205940466U - 控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种控制系统，包括：FPGA处理芯片，用于从光栅尺接收被测设备的测量信号，并将测量信号转换为数字信号；处理器，包括接收模块、位移值确定模块、判断模块、设备控制模块以及设备控制接口；其中，接收模块与FPGA处理芯片的数字信号连接；位移值确定模块与接收模块连接；判断模块与位移值确定模块连接；设备控制模块通过设备控制接口与被测设备进行通信，并且用于将停机指令通过设备控制接口发送至被测设备。本实用新型能避免设备在异常情况下加工，保证产品质量。

Description

控制系统

技术领域

本实用新型涉及测量控制领域，并且特别地，涉及一种控制系统。

背景技术

光栅尺作为精密机械测量的有效工具在线位移、角位移、速度、加速度等工程的测量上得到了广泛应用。在长度测量中，光栅尺可以达到um级的测量精度，同时可以动态采集长度的变化，从而可以精确地计算出运动速度甚至加速度。在曲面测量中，相比于传统的三坐标机和轮廓仪，光栅尺也具有可以动态检测面形变化、精度高、以及可以实时输出面形数据等优势。

随着科技飞速发展，加工厂正在朝着自动化、智能化的方向发展，光栅尺的应用也越来越广泛。但是，将光栅尺应用于智能化流水线工厂、以及将光栅尺应用于数字化、网络化场景的方案并不多见。

例如，在申请公开号为CN 103363907A的实用新型专利申请中，公开了一种多路光栅尺信号采集测量系统，该方案可运用于柔性传递式采集测量系统。但是该系统缺乏可操控性，仅能通过计算机对数据进行查询、存档和输出，智能化程度较低。

在授权公告号为CN 202013177U的实用新型专利中，公开了通过FPGA和ARM的组合架构对光栅尺进行测量控制的技术方案。该方案公开了将光栅尺的测量数据上报到上位机，但是在光栅尺测量结果表示被测设备出现异常的情况下，如果加工设备继续执行加工操作，不仅将导致不合格产品的出现，而且还可能损坏加工设备甚至出现生产事故。对于这种情况，该专利并没有提出解决方案。

实用新型内容

针对相关技术中的问题，本实用新型提出一种控制系统，能够在测量数据出现异常的情况下，及时让被测设备停机，防止被测设备继续加工而出现不合格产品，而且避免了安全隐患。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种控制系统。

根据本实用新型的控制系统包括：FPGA处理芯片，用于从光栅尺接收被测设备的测量信号，并将测量信号转换为数字信号；处理器，包括接收模块、位移值确定模块、判断模块、设备控制模块以及设备控制接口；其中，接收模块与FPGA处理芯片的数字信号连接；位移值确定模块与接收模块连接；判断模块与位移值确定模块连接；设备控制模块通过设备控制接口与被测设备进行通信，并且用于将停机指令通过设备控制接口发送至被测设备。

其中，根据本实用新型的控制系统可以进一步包括：用户身份信息读取模块，与处理器连接。

可选地，用户身份信息读取模块为近场通信NFC设备，且NFC设备通过串行外设接口SPI与处理器连接并通信。

此外，根据本实用新型的控制系统可以进一步包括：触摸屏，与处理器连接。

此外，根据本实用新型的控制系统可以进一步包括：报警器，用于进行报警。

根据本实用新型的控制系统可以进一步包括：差分接收器，差分接收器的输入端连接至光栅尺，差分接收器的输出端连接至FPGA处理芯片。

可选地，上述差分接收器连接多个光栅尺并分别转换多个光栅尺的测量信号。

此外，根据本实用新型的控制系统可以进一步包括管理设备；并且，处理器进一步包括wifi通信模块和/或有线网络通信模块，处理器进一步用于通过wifi通信模块和/或有线网络通信模块将确定的位移值上报至管理设备。

可选地，上述处理器可以为ARM处理器。

本实用新型的技术方案能够实现以下有益效果：

(1)本实用新型通过让处理器在被测设备出现异常的情况下，通过与被测设备之间的控制接口来直接控制被测设备停机，能够避免被测设备在异常情况下继续生产加工，有效防止不合格产品的出现，有助于保证产品质量，减少了生产材料的浪费，降低了成本，避免因为被测设备在异常状态下工作而导致设备损坏的问题，同时消除了由此带来的安全隐患，有助于保证安全生产；另外，由于处理器在本地即可控制被测设备，无需等待上位机等系统进行判断和控制，所以能够在发现异常的情况下尽早让被测设备停机，让停机操作及时、快速地执行，实现流水线生产的自动化、智能化管理；

(2)本实用新型通过对用户进行身份认证，能够避免非法用户操作，有助于对工厂车间进行安全管理；

(3)本实用新型通过采用触摸屏，不仅能够显示位移值等测量信息，还能够接收用户的操作和控制；对于非法用户，可以直接通过软件的方式禁止显示操作界面或忽略用户指令，即可防止非法用户进行操作，能够简单、有效地保证工厂车间的安全；

(4)本实用新型还能够通过触摸屏接收用户的输入，根据不同的情况对被测设备是否异常的判断规则进行修改和调整，有效提高了系统的灵活性和智能化程度，从而适应不同的测量场景、设备、以及生产要求，具有广泛的适用范围；

(5)本实用新型通过NFC设备读取用户信息，能够让信息读取更加快捷、准确；

(6)本实用新型通过采用报警器，能够让管理人员及时发现被测设备出现异常，以便及时检修，同时还能够让管理人员及时知晓工厂车间有非法用户进入，有助于保证车间的生产安全；

(7)本实用新型的处理器还能够与管理设备(包括服务器、上位机等)进行通信，能够将测量的位移值进行上报，有助于管理设备对生产车间的生产状况进行及时了解，同时便于后续进行统计和分析。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是根据本实用新型实施例的控制系统的结构简图；

图2是根据本实用新型一个实施例的控制系统的框图；

图3是根据本实用新型另一实施例的控制系统的框图；

图4是根据本实用新型的控制系统在一具体应用中的结构框图。

具体实施方式

此说明性实施方式的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属技术领域中的普通技术人员所知的形式。

此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本实用新型保护范围的任何限制。相关术语，如“更低”、“更高”、“水平的”、“垂直的”、“在上”、“在下”、“上”、“下”、“顶部”和“|底部”以及其派生词(如“水平地”、“向下地”、“向上地”等等)均应被解释为说明中描述的或附图中示出所讨论的方位。这些相关术语仅仅为了方便描述，而不应认为是对仪器设备的解释或者在特定方位上的具体操作。术语，如“附上……的”(attached)、“固定于……的”、“相连的”和“彼此相连的”指代一种关系，其中结构被直接或间接地通过插入结构，固定或附着于另一结构，除非有明确的描述，所述结构包括可移动的、或者固定不动的、或者相关联的。此外，本实用新型的特点和优点通过参照优选实施方案进行说明。因此，优选实施方式说明可能的非限定的特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本实用新型并不特别地限定于优选的实施方式。本实用新型的范围由权利要求书所界定。

根据本实用新型的实施例，提供了一种控制系统。该系统可应用于光栅尺测量设备。

如图1所示，根据本实用新型实施例的控制系统包括：

FPGA处理芯片1，用于从光栅尺接收被测设备的测量信号(该测量信号由光栅尺对被测设备进行测量后得到)，并将测量信号转换为数字信号；

处理器2，包括接收模块21、位移值确定模块22、判断模块23、设备控制模块24以及设备控制接口25；

其中，接收模块21用于接收来自FPGA处理芯片的数字信号；位移值确定模块22用于根据接收的数字信号确定位移值；判断模块23用于根据确定的位移值确定被测设备是否出现异常；设备控制模块24通过设备控制接口25与被测设备进行通信，并且用于在判断模块23确定被测设备出现异常的情况下，将停机指令通过设备控制接口25发送至被测设备。

在一个实施例中，判断模块23用于将确定的位移值与预定位移值范围进行比较，在确定的位移值超出预定位移值范围的情况下，确定被测设备出现异常。在上述实施例中，预定位移值范围是指位移值的正常范围。另一实施例中，判断模块23还可以根据位移值的异常范围进行判断，在实际获得的位移值在该异常范围内的情况下，判断模块23确定被测设备出现异常。

本实用新型通过将实际确定的位移值与预设的位移值范围进行比较，判断处理方式简单、有效，可以快速识别设备的异常状态，能够有助于及时、快速地让被测设备停机，同时不会明显增加处理器的负担和复杂度。

如图2所示，在本实用新型的一个实施例中，该控制系统进一步包括：

用户身份信息读取模块3，用于读取用户的身份信息；

并且，处理器2进一步用于根据读取的身份信息以及预先配置的身份信息库确定读取的身份信息是否为合法用户的身份信息，并在确定结果为否的情况下禁止用户操作。通过对用户进行身份认证，能够避免非法用户进行操作，有助于对工厂车间进行安全管理。

如图2所示，在本实用新型的一个实施例中，该控制系统可以进一步包括：

触摸屏5，用于在处理器2的控制下显示操作界面，其中，在处理器2确定当前读取的身份信息为合法用户的身份信息的情况下，处理器2允许通过触摸屏5接收用户输入的指令；否则，处理器2将控制系统设置为操作锁定状态，其中，在操作锁定状态下，处理器2可以禁止触摸屏5显示操作界面和/或忽略用户通过触摸屏输入的指令。

通过采用触摸屏，不仅能够显示位移值等测量信息，还能够接收用户的操作和控制；对于非法用户，可以直接通过软件的方式禁止显示操作界面或忽略用户指令，即可防止非法用户进行操作，能够简单、有效地保证工厂车间的安全。

在一个实施例中，在处理器2确定读取的身份信息为合法用户的身份信息的情况下，如果触摸屏5在预定时间段内没有接收到用户的输入，则处理器2将控制系统设置为操作锁定状态，等待下一次读取用户身份信息。此时，处理器2可以控制触摸屏5，使触摸屏5不显示操作界面。

这样，就能够在合法用户操作完之后忘记锁定的情况下，自动将控制系统恢复锁定，从而进一步保证了工厂车间的安全。

在一个实施例中，处理器2还可以接收用户对触摸屏5的输入，对控制系统本身进行调整和控制，例如，处理器2可以接受用户修改判断模块23确定被测设备是否出现异常的判断规则。具体地，可以对上述预定位移值范围进行修改。

这样，就能够根据不同的情况对被测设备是否异常的判断规则进行修改和调整，有效提高了系统的灵活性和智能化程度，从而适应不同的测量场景、被测设备、以及不同的位移要求，具有广泛的适用范围。

在一个实施例中，上述用户身份信息读取模块4可以是近场通信(NFC)设备，且NFC设备可以通过串行外设接口(SPI)与处理器连接并通信。本实用新型通过NFC设备读取用户信息，能够让信息读取更加快捷、准确。

此外，如图3所示，在一个实施例中，根据本实用新型的控制系统可以进一步包括：报警器6，用于在判断模块23确定被测设备出现异常、或者处理器2确定读取的身份信息为非法用户的身份信息的情况下，进行报警。

通过采用报警器，能够让管理人员及时发现被测设备出现异常，以便及时检修，同时还能够让管理人员及时知晓工厂车间有非法用户进入，有助于保证车间的生产安全。

此外，在一个实施例中，根据本实用新型的控制系统可以进一步包括管理设备；并且，处理器进一步包括wifi通信模块(未示出)和/或有线网络通信模块(未示出)，处理器进一步用于通过wifi通信模块和/或有线网络通信模块将确定的位移值上报至管理设备。

通过上述通信模块，能够让处理器与管理设备(包括服务器、上位机等)进行通信，能够将测量的位移值进行上报，有助于管理设备对生产车间的生产状况进行及时了解，同时便于后续进行统计和分析。

此外，在一个实施例中，根据本实用新型的控制系统可以进一步包括：差分接收器(未示出)，用于接收来自光栅尺的差分信号，并将接收的差分信号转换为电平信号，将转换后的电平信号作为测量信号输出给FPGA处理芯片。此时，差分接收器可用于接收来自多个光栅尺的差分信号，并将来自多个光栅尺的差分信号分别转换为多路电平信号；FPGA处理芯片用于对多路电平信号进行并行处理，得到多路数字信号；处理器则用于根据多路数字信号确定每个光栅尺所对应的位移值。

可选地，上述处理器可以是ARM处理器。

图4是根据本实用新型的控制系统的一个具体实例的结构图。

如图4所示，在本实例中，控制系统包括信号采集系统(包括上述差分接收器和FPGA处理芯片1)、ARM主控系统(对应于上述处理器2)、LCD触摸显示系统(对应于上述的触摸屏5)以及NFC身份验证系统(对应于上述的用户身份信息读取模块4)，其中，ARM主控系统可通过TCP/IP和/或WIFI与管理设备(服务器)进行通信。

在图4所示的系统中，光栅尺1、光栅尺2以及光栅尺3分别通过采集端口1、2和3将光栅尺数据传输至信号采集系统。信号采集系统中的3路差分接收器(未示出)实时接收差分信号，并将数据传递给FPGA处理芯片，差分接收器用于将光栅尺信号转换成FPGA处理芯片可接收的电平信号，频率可以达到30MHz。之后，再由FPGA进行分析、计算，将电平信号转换成数字信号，然后经过16位并行传输将数据发送给ARM主控系统。

ARM主控系统可以将FPGA传过来的数据转换为光栅尺的实际位移值,并在由LCD触摸显示系统通过7寸LCD界面实时显示。另外，通过触摸屏，用户可以对LCD界面进行操作来控制设备地运行，也可设定光栅尺位移值的范围，从而非常方便的控制智能流水线的运转。当位移值超出范围时便会发出警报(例如，可以通过状态指示灯进行报警，也可以通过声音报警，也可以组合使用多种报警方式)并暂停，以保证产品的合格率。

ARM主控系统可以通过TCP/IP或WIFI与服务器进行通讯，将数据上传至服务器，服务器也可对设备进行实时监控。

NFC身份验证系统可以对操作人员进行身份验证，操作人员进行操作之前需进行验证(例如，可以是刷卡验证)。NFC身份验证系统的NFC芯片可以通过13.56MHz频段天线对人员信息进行读取，并通过SPI通讯模式将数据高速传递给ARM处理器，ARM处理器对人员信息进行识别，判断有无操作设备的权限。

此外，ARM主控系统还可以通过2路I/O接口接受外部控制。

应当注意，根据本实用新型的控制系统可以对3路、或其他数量的光栅尺进行数据采集和测量，并不局限于图4中所示的情况。

综上所述，借助于本实用新型的技术方案，能够让处理器在被测设备出现异常的情况下，通过与被测设备之间的控制接口来直接控制被测设备停机，能够避免被测设备在异常情况下继续生产加工，有效防止不合格产品的出现，有助于保证产品质量，减少了生产材料的浪费，降低了成本，避免因为被测设备在异常状态下工作而导致设备损坏的问题，同时消除了由此带来的安全隐患，有助于保证安全生产；另外，由于处理器在本地即可控制被测设备，无需等待上位机等系统进行判断和控制，所以能够在发现异常的情况下尽早让被测设备停机，让停机操作及时、快速地执行，实现流水线生产的自动化、智能化。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种控制系统，其特征在于，包括：

FPGA处理芯片，用于从光栅尺接收被测设备的测量信号，并将所述测量信号转换为数字信号；

处理器，包括接收模块、位移值确定模块、判断模块、设备控制模块以及设备控制接口；

其中，所述接收模块与所述FPGA处理芯片的数字信号连接；所述位移值确定模块与所述接收模块连接；所述判断模块与所述位移值确定模块连接；所述设备控制模块通过所述设备控制接口与所述被测设备进行通信，并且用于将停机指令通过所述设备控制接口发送至所述被测设备。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，进一步包括：

用户身份信息读取模块，与所述处理器连接。

3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述用户身份信息读取模块为近场通信NFC设备，且所述NFC设备通过串行外设接口SPI与所述处理器连接并通信。

4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，进一步包括：

触摸屏，与所述处理器连接。

5.根据权利要求1或4所述的控制系统，其特征在于，进一步包括：

报警器，用于进行报警。

6.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，进一步包括：

差分接收器，所述差分接收器的输入端连接至所述光栅尺，所述差分接收器的输出端连接至所述FPGA处理芯片。

7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述差分接收器连接多个光栅尺并分别转换多个光栅尺的测量信号。

8.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，进一步包括管理设备；并且，所述处理器进一步包括wifi通信模块和/或有线网络通信模块，所述处理器进一步用于通过所述wifi通信模块和/或有线网络通信模块将确定的所述位移值上报至所述管理设备。

9.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述处理器为ARM处理器。