RU126855U1

RU126855U1 - SOFTWARE AND HARDWARE COMPLEX FOR CONTROL OF TECHNOLOGICAL EQUIPMENT WITH CNC

Info

Publication number: RU126855U1
Application number: RU2012146709/08U
Authority: RU
Inventors: Георги Мартинов Мартинов; Рамиль Амирович Нежметдинов; Александр Борисович Любимов
Priority date: 2012-11-02
Filing date: 2012-11-02
Publication date: 2013-04-10

Abstract

Программно-аппаратный комплекс для управления технологическим оборудованием с ЧПУ, содержащий коммутационно-соединенные панель оператора системы управления, станочную панель системы управления, промышленный компьютер с установленным ядром системы управления, отличающийся тем, что он содержит, по меньшей мере, один мобильный компьютер с установленной виртуальной панелью, персональный компьютер с установленной виртуальной панелью, сетевой маршрутизатор, при этом ядро системы управления выполнено с модулем синхронизации, а станочная панель подключена напрямую к промышленному компьютеру с возможностью обработки и передачи данных на модуль синхронизации, кроме того, мобильный и персональный компьютеры подключены к промышленному компьютеру системы управления посредством сети Ethernet.A hardware-software complex for controlling technological equipment with CNC, comprising switching-connected operator panel of a control system, a machine panel of a control system, an industrial computer with a control system core installed, characterized in that it contains at least one mobile computer with an installed virtual panel, a personal computer with a virtual panel installed, a network router, while the core of the control system is made with a synchronization module, and the machine the panel is connected directly to the industrial computer with the ability to process and transmit data to the synchronization module, in addition, the mobile and personal computers are connected to the industrial computer of the control system via Ethernet.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, в частности, к области станкостроения, управлению технологическим оборудованием и может применяться в системах ЧПУ.The utility model relates to mechanical engineering, in particular, to the field of machine tools, process equipment management and can be used in CNC systems.

При реализации управления станками посредством системы ЧПУ применяются станочные панели различного исполнения, с обратной связью в виде подсветки клавиш, которая информирует об их нажатии. Однако, при пуско-наладочных, ремонтных работах, обслуживании станков или при тестировании системы ЧПУ приходится применять выносные пульты или мобильные устройства с установленными на них виртуальными аналогами станочных панелей. Виртуальная панель независимо от платформы, на которой она установлена должна полностью повторять работу станочной панели и обладать ее функциональными возможностями.When implementing control of machines through the CNC system, machine panels of various designs are used, with feedback in the form of key illumination, which informs about their pressing. However, during commissioning, repair, maintenance of machines or when testing the CNC system, you have to use remote controls or mobile devices with virtual analogues of machine panels installed on them. A virtual panel, regardless of the platform on which it is installed, must completely repeat the operation of the machine panel and have its functionality.

Из уровня техники известно устройство - терминал оператора, включающий взаимосвязанные между собой и смонтированные на основании корпуса лицевую панель с кнопками, заднюю панель с разъемами и дисплей с индикаторами, отличающийся тем, что лицевая панель выполнена ориентированной в вертикальном направлении с выступом по периметру и имеет расположенную вдоль зону контраста дисплея, параллельно которому размещены элементы назначения индикаторов, а перпендикулярно - зону комментариев, кнопки выполнены со скругленными углами, кнопки выполнены алфавитно-цифровыми и функциональными, кнопки расположены по обеим сторонам зоны комментариев, причем справа - многофункциональные, слева - однофункциональные, а выступ лицевой панели имеет защитную пленку (RU 28259 U1, 10.03.2003, G05B 19/00).The prior art device is an operator terminal, including a front panel with buttons interconnected and mounted on the base of the case, a rear panel with connectors and a display with indicators, characterized in that the front panel is oriented vertically with a protrusion around the perimeter and has along the display contrast zone, parallel to which are the indicator assignment elements, and perpendicular to the comment zone, buttons are made with rounded corners, buttons are executed enes alphanumeric and functional keys are located on both sides of the zone of comments, and the right - the multifunctional, left - the single-function, and the front panel has a projection protective film (RU 28259 U1, 10.03.2003, G05B 19/00).

Недостатками известного устройства являются: панель не имеет возможности подключения к системе управления посредством стандартного асинхронного интерфейса передачи данных; это устройство не позволяет осуществить подключение и передачу управляющей информации на систему управления технологическим оборудованием; устройство не имеет возможности работы удаленно от объекта управления.The disadvantages of the known device are: the panel does not have the ability to connect to the control system through a standard asynchronous data transfer interface; this device does not allow the connection and transmission of control information to the control system of technological equipment; the device does not have the ability to work remotely from the control object.

Известно также устройство - пульт управления, содержащий клавиатуру, группа выходов которой соединена с группой входов шифратора, группа выходов которого соединена с группой входов блока управления и преобразования кодов, группа выходов которого соединена с группой входов блока индикации, при этом дополнительно введен блок последовательного канала связи, первые вход и выход которого соединены с выходом и входом блока управления и преобразования кодов, соответственно, вторые вход и выход блока последовательного канала связи являются входом и выходом пульта управления (RU 2415461 C2, 27.03.2011, G06F 3/00).There is also known a device - a control panel containing a keyboard, the group of outputs of which is connected to the group of inputs of the encoder, the group of outputs of which is connected to the group of inputs of the control unit and code conversion, the group of outputs of which is connected to the group of inputs of the display unit, while the serial communication unit is additionally introduced the first input and output of which is connected to the output and input of the control unit and code conversion, respectively, the second input and output of the serial communication channel unit are Odom and output control unit (RU 2415461 C2, 27.03.2011, G06F 3/00).

Недостатками известного устройства являются: отсутствие обратной связи в виде световой индикации кнопок панели, что осложняет управление технологическими объектами; в данном способе нет возможности подключения нескольких аппаратных клавиатур и нет возможности использования виртуальных аналогов клавиатуры.The disadvantages of the known device are: the lack of feedback in the form of a light indication of the panel buttons, which complicates the management of technological objects; in this method there is no possibility of connecting several hardware keyboards and there is no possibility of using virtual analogs of the keyboard.

Наиболее близким техническим решением является терминальная часть системы ЧПУ, имеющая модульную архитектуру. В ее состав входят: панель оператора, станочная панель, управляющая функционалом системы ЧПУ, промышленный компьютер, реализующий терминальную задачу управления системы ЧПУ, промышленная клавиатура для ввода текстовой информации. Механизм передачи данных между станочной панелью и системой ЧПУ регламентируется протоколом обмена, который позволяет получать информацию о состоянии станочной панели в виде скан кодов кнопок, положений переключателей и маховичков, а так же позволяет устанавливать подсветку клавиш станочной панели (Специфика построения панелей управления систем ЧПУ по типу универсальных программно-аппаратных компонентов // Автоматизация и современные технологии, 2010, №7, С.34-40, с.34).The closest technical solution is the terminal part of the CNC system, which has a modular architecture. It includes: an operator panel, a machine panel that controls the functionality of the CNC system, an industrial computer that implements the terminal task of controlling the CNC system, an industrial keyboard for entering text information. The mechanism of data transfer between the machine toolbar and the CNC system is regulated by the exchange protocol, which allows you to receive information about the status of the machine toolbar in the form of scan codes for buttons, switch and handwheel positions, and also allows you to set the backlighting of the machine toolbar keys (Specifics of constructing control panels of CNC systems by type universal software and hardware components // Automation and modern technology, 2010, No. 7, S.34-40, p.34).

К недостаткам прототипа следует отнести то, что описанное устройство не позволяет подключать несколько станочных панелей управления к системе ЧПУ. В известном способе подключения не учитывается возможность подключения виртуальной клавиатуры, установленной на мобильном или персональном компьютере, а так же не учитывается возможность использования сети Ethernet для организации канала связи.The disadvantages of the prototype should include the fact that the described device does not allow you to connect multiple machine control panels to the CNC system. The known connection method does not take into account the possibility of connecting a virtual keyboard installed on a mobile or personal computer, nor does it take into account the possibility of using an Ethernet network to organize a communication channel.

При подключении аппаратных панелей к системе управления посредством асинхронных интерфейсов передачи данных (например, RS-485), возникают проблемы при необходимости подключения нескольких аппаратных панелей. Это связано с тем, что промышленный компьютер с установленным ядром системы управления, к которому осуществляется подключение, должен иметь плату расширения, способную принять сигналы со всех панелей управления сразу. Максимально плата расширения имеет 4 входа, часть из которых отведена на нужды системы управления. Для подключения аппаратных панелей остается два интерфейсных входа, что является недостаточным при работе с оборудованием больших размеров и при пуско-наладочных работах.When connecting hardware panels to the control system via asynchronous data transfer interfaces (for example, RS-485), problems arise when it is necessary to connect several hardware panels. This is due to the fact that an industrial computer with an installed control system core to which it is connected must have an expansion board capable of receiving signals from all control panels at once. The maximum expansion card has 4 inputs, some of which are reserved for the needs of the control system. Two interface inputs remain to connect the hardware panels, which is insufficient when working with large equipment and during commissioning.

К недостаткам аппаратной панели стоит отнести трудность изменения функционала клавиш управления, что ведет к возникновению проблем при пуско-наладочных работах, в ходе которых необходимо иметь дополнительный функционал, который можно было бы активировать мгновенно (нажатием одной клавиши). Виртуальная панель позволяет за короткий срок переназначить функционал клавиш или ввести дополнительный функционал, что сокращает время пуско-наладочных работ и снимает рутинные задачи с оператора.The disadvantages of the hardware panel include the difficulty of changing the functionality of the control keys, which leads to problems during commissioning, during which it is necessary to have additional functionality that could be activated instantly (by pressing one key). The virtual panel allows for a short time to reassign the functionality of the keys or introduce additional functionality, which reduces the time of commissioning and removes routine tasks from the operator.

В прототипе отсутствует возможность подключения нескольких аппаратных и виртуальных панелей управления, т.к. это приведет к рассогласованию работы модулей в ядре системы управления.The prototype lacks the ability to connect multiple hardware and virtual control panels, as this will lead to a mismatch of the modules in the core of the control system.

В прототипе отсутствуют возможность подключения виртуальных панелей по беспроводной линии связи. Данная опция необходима при осуществлении пуско-наладочных или ремонтных работ на крупногабаритном оборудовании в местах удаленных от основной панели оператора.The prototype lacks the ability to connect virtual panels over a wireless communication line. This option is necessary when carrying out commissioning or repair work on large equipment in places remote from the main operator panel.

В рабочем режиме технологическим оборудованием целесообразно управлять от станочной панели штатного исполнения. На оборудовании больших габаритов часто применяются выносные устройства управления, к которым можно отнести виртуальную панель, установленную на базе мобильного компьютера. Так же применение виртуальной панели установленной на удаленном компьютере целесообразно при наладке или ремонте технологического оборудования, когда существует необходимость производить настройку параметров и механизмов в местах, где нет штатных органов управления. Все возможные варианты исполнения панелей для корректной работы предлагается объединить в общую сеть на базе стандарта Ethernet посредством устройства маршрутизации. Данные поступившие от органов управления различного исполнения доставляются в персональный компьютер с установленным на нем ядром системы управления, в котором предварительно обрабатываются модулем синхронизации, что позволяет избежать конфликтов при обработке информации в ядре системы управления. В конечном итоге эта полезная модель позволит сделать процесс управления технологическим оборудованием удобным для операторов-наладчиков и операторов технологического оборудования.In the operating mode, it is advisable to control the technological equipment from the machine tool panel of the standard design. On equipment of large dimensions, remote control devices are often used, which include a virtual panel installed on the basis of a mobile computer. Also, the use of a virtual panel installed on a remote computer is advisable when setting up or repairing technological equipment, when there is a need to configure parameters and mechanisms in places where there are no regular controls. It is proposed to combine all possible panel designs for correct operation into a common network based on the Ethernet standard through a routing device. Data received from various control bodies is delivered to a personal computer with the control system core installed on it, in which they are pre-processed by the synchronization module, which helps to avoid conflicts when processing information in the control system core. Ultimately, this utility model will make the process of process equipment management convenient for operator-adjusters and process equipment operators.

Таким образом, техническим результатом полезной модели является обеспечение возможности управления процессом работы технологического оборудования посредством, как станочной панели, так и виртуальной панели, установленной на компьютерах различного форм-фактора. Необходимость применения виртуальной панели, установленной на мобильных устройствах, возникает при наладке оборудования и вводе его в эксплуатацию.Thus, the technical result of the utility model is the ability to control the process of technological equipment through both the machine toolbar and the virtual panel installed on computers of various form factors. The need to use a virtual panel installed on mobile devices arises when setting up equipment and putting it into operation.

Программно-аппаратный комплекс поясняется графическими материалами, где:The hardware-software complex is illustrated by graphic materials, where:

- на фиг.1 схематично изображен программно-аппаратный комплекс для управления технологическим оборудованием с ЧПУ;- figure 1 schematically shows a software and hardware system for controlling technological equipment with CNC;

- на фиг.2 - программно-аппаратные модули, обеспечивающие прием, обработку и передачу управляющих воздействий.- figure 2 - software and hardware modules that provide reception, processing and transmission of control actions.

Программно-аппаратный комплекс для управления технологическим оборудованием с ЧПУ содержит (см. фиг.1): панель 1 оператора системы управления, станочную панель 2 системы управления, ядро 3 системы управления, установленное на базе персонального компьютера промышленного исполнения, мобильный компьютер 4 с установленной виртуальной панелью, персональный компьютер 5 с установленной виртуальной панелью, сетевой маршрутизатор 6.The hardware-software complex for controlling technological equipment with CNC contains (see Fig. 1): a control system operator panel 1, a control system machine panel 2, a control system core 3 installed on the basis of a personal computer of industrial design, a mobile computer 4 with virtual installed panel, personal computer 5 with installed virtual panel, network router 6.

Панель 1 оператора подключается по шине VGA компьютеру для визуального отображения процессов происходящих с объектом управления. Станочная панель 2, которая соединена с компьютером по асинхронному каналу передачи данных, и осуществляет формирование управляющих воздействий на объект управления. Ядро 3 системы управления имеет вход подключения аппаратной панели, вход подключения объекта управления (привода и контроллеры электроавтоматики), разъем для подключения к сети Ethernet. Ядро 3 системы управления содержит модуль синхронизации, на который поступают данные со станочной панели 2, персонального компьютера 5 с установленной виртуальной панелью и мобильного компьютера 4 с установленной виртуальной панелью. Модуль синхронизации осуществляет отображение управляющих воздействий в систему управления и далее на объект управления. Мобильный компьютер 4 позволяет работать в беспроводной сети стандарта WI-FI. На мобильном компьютере 4 устанавливается виртуальная панель для управления технологическим оборудованием. Персональный компьютер 5 с установленной виртуальной панелью подключается по сети Ethernet. Сетевой маршрутизатор 6 объединяет в единую сеть Ethernet как беспроводные подключения WI-FI, так и подключения посредством витой пары.The operator panel 1 is connected via a VGA bus to a computer to visually display the processes occurring with the control object. Machine panel 2, which is connected to a computer via an asynchronous data channel, and generates control actions on the control object. The core 3 of the control system has an input for connecting a hardware panel, an input for connecting a control object (electric drive and controllers), a socket for connecting to an Ethernet network. The core 3 of the control system contains a synchronization module, which receives data from the machine toolbar 2, a personal computer 5 with a virtual panel installed, and a mobile computer 4 with a virtual panel installed. The synchronization module maps control actions to the control system and then to the control object. Mobile computer 4 allows you to work in a wireless network standard WI-FI. On the mobile computer 4, a virtual panel is installed to control the technological equipment. The personal computer 5 with the installed virtual panel is connected via Ethernet. Network Router 6 integrates both WI-FI wireless connections and twisted pair connections into a single Ethernet network.

В ядро 3 системы управления входят следующие программные модули, обеспечивающие прием, обработку и передачу управляющих воздействий (фиг.2): модуль 7, осуществляющий взаимодействие по асинхронной линии передачи данных, модуль 8, осуществляющий взаимодействие по сети Ethernet, модуль 9, осуществляющий синхронизацию данных, модуль 10, обрабатывающий данные и формирующий управляющие сигналы, модуль 11, формирующий управляющие воздействия на объект управления.The core 3 of the control system includes the following software modules that provide reception, processing and transmission of control actions (Fig. 2): module 7, which interacts via an asynchronous data line, module 8, which interacts via Ethernet, module 9, which synchronizes data module 10, which processes data and generates control signals, module 11, which generates control actions on the control object.

После нажатия клавиши на станочной панели 2 происходит считывание нажатой клавиши контроллером панели, далее контроллером формируется сигнал физического уровня, который через модуль 7 поступает в ядро 3 системы управления, в котором осуществляется прием данного сигнала и его передача на модуль 9, в котором данные ядра 3 системы управления актуализируются. При необходимости формирования управляющего воздействия на объект управления, данное воздействие формируется в ядре 3 системы управления и передается посредством модуля 10. После окончания обработки нажатия клавиши в ядре 3 системы управления принимается решение о включении световой индикации на клавише или нет. При необходимости световой индикации, сигнал об этом от ядра 3 системы управления, по асинхронному каналу связи поступает в контроллер аппаратной панели, далее контроллер включает светодиод, отвечающий за подсветку клавиши.After pressing the key on the machine panel 2, the pressed key is read by the panel controller, then the controller generates a physical layer signal, which through module 7 enters the core 3 of the control system, in which this signal is received and transmitted to module 9, in which the core data 3 management systems are being updated. If it is necessary to form a control action on the control object, this action is generated in the core 3 of the control system and transmitted through module 10. After the keypress processing in the core 3 of the control system is completed, a decision is made whether or not to turn on the light indication on the key. If light indication is necessary, a signal about this from the core 3 of the control system, through an asynchronous communication channel enters the controller of the hardware panel, then the controller turns on the LED responsible for backlighting the key.

При нажатии клавиши на виртуальной панели мобильного компьютера 4 или персонального компьютера 5, происходит обработка нажатия, далее посредством модуля 8 формируется пакет данных, поступающий в сеть Ethernet, посредством которой данные доставляются в ядро 3 системы управления, в котором осуществляется прием данного сигнала и его передача на модуль 9 синхронизации, в котором данные ядра системы управления актуализируются. При подаче управляющего воздействия на объект управления, данное воздействие формируется в ядре системы управления и передается посредством модуля 10. После окончания обработки нажатия клавиши в ядре системы управления принимается решение о включении световой индикации на клавише или нет. Для включения световой индикации, пакет с данными об этом передается от ядра 3 системы управления, по сети Ethernet на модуль связи мобильного компьютера 4, и далее поступают в приложение виртуальной панели, где осуществляется подсветка необходимой виртуальной клавиши.When a key is pressed on the virtual panel of a mobile computer 4 or a personal computer 5, the processing of pressing takes place, then by means of module 8 a data packet is generated that enters the Ethernet network, by which the data is delivered to the core 3 of the control system, in which this signal is received and transmitted to the synchronization module 9, in which the data of the control system core are updated. When a control action is applied to the control object, this action is generated in the core of the control system and transmitted via module 10. After the key press processing is completed, the control system makes a decision whether to turn on the light indication on the key or not. To turn on the light indication, a packet with data on this is transmitted from the core 3 of the control system, via Ethernet to the communication module of the mobile computer 4, and then they enter the virtual panel application, where the necessary virtual key is highlighted.

В заявленном устройстве ядро 3 системы управления получает команды от пользователя со станочной панели 2 управления и/или виртуальных панелей мобильного компьютера 4 или персонального компьютера 5, формирует и передает на объект управления команды следующего типа:In the claimed device, the core 3 of the control system receives commands from the user from the machine control panel 2 of the control and / or virtual panels of the mobile computer 4 or personal computer 5, generates and transmits to the control object commands of the following type:

- СТАРТ,- START,

- СТОП,- STOP,

- Аварийный останов,- Emergency Stop,

- Смена режимов работы- Change of operating modes

- Команды движения.- Movement teams.

Полезная модель позволяет:The utility model allows you to:

- формировать управляющие воздействия на объект управления нажатием клавиш станочной панели 2;- to form control actions on the control object by pressing the keys of the machine panel 2;

- обеспечивать обратную связь с оператором, за счет индикации кнопок;- provide feedback to the operator, due to the indication of buttons;

- при пуско-наладочных и ремонтных работах использовать мобильный компьютер 4 с установленной на него виртуальной панелью и формировать управляющие воздействия из любой точки в зоне действия беспроводного подключения.- during commissioning and repair work, use a mobile computer 4 with a virtual panel installed on it and generate control actions from anywhere in the coverage area of the wireless connection.

Полезная модель представляет собой независимое, подключаемое практически к любой системе управления технологическим оборудованием устройство, которое выполняет функции средства связи пользователя с системой управления, позволяющее формировать управляющие воздействия, как с аппаратных панелей, так и с виртуальных панелей, установленных на компьютерах различного форм-фактора. Схема полезной модели не зависит ни от типа системы управления, ни от объекта управления, ни от реализации компьютера. Устройство подключается непосредственно к системе управления.The utility model is an independent device connected to almost any process equipment control system that acts as a means of user communication with a control system, which allows generating control actions both from hardware panels and from virtual panels installed on computers of various form factors. The utility model diagram does not depend on the type of control system, nor on the control object, nor on the implementation of the computer. The device is connected directly to the control system.

К промышленному компьютеру, на котором установлено ядро 3 системы управления, подсоединяется дополнительная плата для подключения панелей по асинхронному интерфейсу.An additional board is connected to an industrial computer on which the core 3 of the control system is installed to connect the panels via an asynchronous interface.

Модули, входящие в ядро 3 системы управления, реализованы программно и выполняются под управлением операционной системы реального времени.The modules included in the core 3 of the control system are implemented in software and run under the control of a real-time operating system.

Модуль 7 может быть реализован на базе последовательных интерфейсов передачи данных RS 232, RS 485, либо промышленных шин.Module 7 can be implemented on the basis of serial data interfaces RS 232, RS 485, or industrial buses.

В качестве среды разработки программной части модулей используется среда разработки Microsoft Visual Studio 2010 и системные функции ядра операционной системы.As a development environment for the software part of the modules, the Microsoft Visual Studio 2010 development environment and the system functions of the kernel of the operating system are used.

Указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.The characteristics indicated in the formula are essential and interconnected with each other with the formation of a stable set of necessary features sufficient to obtain the required technical result.

Свойства, регламентированные в заявленном комплексе отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.The properties regulated in the claimed complex by individual features are well known in the art and require no further explanation.

Однако следует отметить, что заявленная совокупность существенных признаков обеспечивает в соединении синергетический (сверхсуммарный результат).However, it should be noted that the claimed combination of essential features provides a synergistic (super-total result) in the compound.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed technical solution:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для использования в машиностроении и может быть реализован в системах ЧПУ и контроллерах движения;- an object embodying the claimed technical solution, when implemented, is intended for use in mechanical engineering and can be implemented in CNC systems and motion controllers;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;- for the claimed object in the form described in the independent clause of the formula below, the possibility of its implementation using the means and methods described above or known from the prior art on the priority date is confirmed;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- the object embodying the claimed technical solution, when implemented, is able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant.

Следовательно, заявленный объект соответствует требованиям условий патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.Therefore, the claimed object meets the requirements of the patentability conditions of “novelty” and “industrial applicability” under applicable law.

Claims

A hardware-software complex for controlling technological equipment with CNC, comprising switching-connected operator panel of a control system, a machine panel of a control system, an industrial computer with a control system core installed, characterized in that it contains at least one mobile computer with an installed virtual panel, a personal computer with a virtual panel installed, a network router, while the core of the control system is made with a synchronization module, and the machine the panel is connected directly to the industrial computer with the ability to process and transmit data to the synchronization module, in addition, the mobile and personal computers are connected to the industrial computer of the control system via Ethernet.