一种基于PLC的生产线机器人集成控制系统的制作方法

一种基于plc的生产线机器人集成控制系统
技术领域
1.本发明涉及工业机器人技术领域，具体涉及一种基于plc的生产线机器人集成控制系统。


背景技术：

2.工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。
3.但是针对现有生产线上机器人的操作，一般都是比较独立的，多个机器人之间没有关联性，智能化和自动化程度较低。


技术实现要素：

4.本发明提供一种基于plc的生产线机器人集成控制系统，以解决现有技术中存在的上述问题。
5.本发明提供一种基于plc的生产线机器人集成控制系统，包括：
6.将机器人与plc进行组网，通过交换机采用无线通信模块进行无线通信，基于终端机利用控制系统对机器人进行统一控制；控制方式包括：集成控制系统按照机器人工作要求对机器人的操作进行管理，通过终端机完成与机器人之间的交互；
7.每个无线通信模块通过通信接口连接在通信控制主板上，通信接口是通信控制主板于无线通信模块的数据传输转接口，每个无线通信模块都是即插即用的、可拆卸的。
8.优选的，所述通信控制主板上当所述多个无线通信模块中的任一无线通信模块接收到目标解锁密钥时，判断是否存在安全等级低于所述任一无线通信模块的安全等级的其他目标无线通信模块未被解锁；在判断结果为否时，若所述目标解锁密钥正确，则解锁所述任一无线通信模块；在判断结果为是时，禁止解锁所述任一无线通信模块，其中，所述其他目标无线通信模块为所述多个无线通信模块中除所述任一无线通信模块之外的无线通信模块；
9.若所述多个无线通信模块中存在其他目标无线通信模块未被解锁，则当所述目标解锁密钥正确时，仍然提示所述目标解锁密钥错误；以及当所述其他目标无线通信模块为多个时，若按照安全等级从低到高的顺序依次接收到多个所述其他目标无线通信模块中的每个所述其他目标无线通信模块的正确的解锁密钥，则允许解锁所述任一无线通信模块，以在所述目标解锁密钥正确时，解锁所述任一无线通信模块。
10.优选的，所述无线通信模块包括：蓝牙通信模块、wi-fi通信模块、zigbee通信模块、gsm通信模块和红外通信模块。
11.优选的，所述控制系统包括：
12.指令模块，用于生成生产指令，所述生产指令包括用于多机器人站点协同执行的
一级生产指令，每个一级生产指令包括多个各机器人站点分别独立执行的二级生产指令，每个二级生产指令包括多个各机器人站点内各装置可分别执行的三级生产指令；
13.任务模块，用于获取任务信息；
14.指令识别模块，用于对任务信息进行生产指令识别，获取识别结果；
15.多机器人站点协同调度模块，用于所述识别结果中的生产指令为一级生产指令时，根据任务信息将一级生产指令按时序生成对各机器人站点进行调度控制的二级生产指令；
16.站点内装置调度模块，用于将二级生产指令按时序分解为用于对对应机器人站点内装置进行调度的三级生产指令。
17.优选的，还包括交互模块，所述交互模块用于与机器人站点进行交互；
18.所述站点内装置调度模块、交互模块分别与机器人站点一一对应设置；所述交互模块包括多个交互单元，每个所述交互单元对应机器人站点中的一个装置，所述交互单元用于与机器人站点中对应装置交互。
19.优选的，所述控制系统还包括：主控制器电路板和扩展电路板组件；
20.所述主控制器电路板包括第一电气组件、接口组件和处理器，所述第一电气组件、所述接口组件分别与所述处理器电连接；
21.所述扩展电路板组件包括至少一个扩展电路板，所述扩展电路板包括第二电气组件和多个端口，所述主控制器电路板和所述扩展电路板固定安装，所述第一电气组件和所述第二电气组件电连接，以使所述处理器和所述扩展电路板的多个端口电连接。
22.优选的，所述接口组件包括以下接口中的一种或者多种的组合：rs-232接口、rs-485接口、ethernet接口、can接口、usb接口。
23.优选的，所述扩展电路板组件包括第一扩展电路板，所述第一扩展电路板包括第一扩展端口，所述第一扩展电路板通过机械限位机构与所述主控制器电路板固定安装，且所述第二电气组件安装在所述第一扩展电路板；
24.所述扩展电路板组件还包括第二扩展电路板，所述第二扩展电路板包括第二扩展端口，所述第二扩展电路板与所述第一扩展电路板通过所述机械限位机构固定安装，且所述第二扩展电路板通过排针与所述第一扩展电路板电连接。
25.优选的，所述控制系统还包括电源管理电路板，所述电源管理电路板包括电源输入端口和电源电气接口，所述电源电气接口与所述主控制器电路板电连接；
26.所述电源管理电路板还包括预留扩展接口。
27.优选的，所述扩展电路板组件还包括第三扩展电路板，所述第三扩展电路板包括电气扩展接口，所述电气扩展接口与所述电源管理电路板的预留扩展接口电连接；
28.所述第三扩展电路板与所述第二扩展电路板通过所述机械限位机构固定安装，所述第一扩展电路板、所述第二扩展电路板、所述第三扩展电路板和所述主控制器电路板平行，所述主控制器电路板与所述电源管理电路板垂直。
29.另外，所述控制系统基于pid控制器算法确定控制时间，所述pid控制器算法公式如下：
[0030][0031]
其中，t为mos管的开通时间，k
p
为pid控制器的比例系数，t
p
为积分系数，td为微分系数，v
out
(t)为输出电压，为采样函数，v
t
(t)为预设周期内的电压采样值；
[0032]
所述调整脉冲宽度调制的占空比的计算公式如下：
[0033][0034]
其中，b为占空比，t
ˊ
为工作周期，th为上限阈值，t
l
为下限阈值，ε(
·
)为阶跃函数。
[0035]
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0036]
本发明提供一种基于plc的生产线机器人集成控制系统，包括：将机器人与plc进行组网，通过交换机采用无线通信模块进行无线通信，基于终端机利用控制系统对机器人进行统一控制；控制方式包括：集成控制系统按照机器人工作要求对机器人的操作进行管理，通过终端机完成与机器人之间的交互；每个无线通信模块通过通信接口连接在通信控制主板上，通信接口是通信控制主板于无线通信模块的数据传输转接口，每个无线通信模块都是即插即用的、可拆卸的。
[0037]
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0038]
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0039]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0040]
图1为本发明实施例中一种基于plc的生产线机器人集成控制系统的结构示意图；
[0041]
图2为本发明实施例中交互模块的结构示意图；
[0042]
图3为本发明实施例中生产线机器人的控制系统的结构示意图。
具体实施方式
[0043]
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0044]
本发明实施例提供了一种基于plc的生产线机器人集成控制系统，请参照图1，该集成控制系统包括：
[0045]
将机器人与plc进行组网，通过交换机采用无线通信模块进行无线通信，基于终端机利用控制系统对机器人进行统一控制；控制方式包括：集成控制系统按照机器人工作要求对机器人的操作进行管理，通过终端机完成与机器人之间的交互；
[0046]
每个无线通信模块通过通信接口连接在通信控制主板上，通信接口是通信控制主板于无线通信模块的数据传输转接口，每个无线通信模块都是即插即用的、可拆卸的。
[0047]
另外，控制系统包括：
[0048]
指令模块，用于生成生产指令，所述生产指令包括用于多机器人站点协同执行的一级生产指令，每个一级生产指令包括多个各机器人站点分别独立执行的二级生产指令，每个二级生产指令包括多个各机器人站点内各装置可分别执行的三级生产指令；
[0049]
任务模块，用于获取任务信息；
[0050]
指令识别模块，用于对任务信息进行生产指令识别，获取识别结果；
[0051]
多机器人站点协同调度模块，用于所述识别结果中的生产指令为一级生产指令时，根据任务信息将一级生产指令按时序生成对各机器人站点进行调度控制的二级生产指令；
[0052]
站点内装置调度模块，用于将二级生产指令按时序分解为用于对对应机器人站点内装置进行调度的三级生产指令。
[0053]
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是包括：指令模块，用于生成生产指令，所述生产指令包括用于多机器人站点协同执行的一级生产指令，每个一级生产指令包括多个各机器人站点分别独立执行的二级生产指令，每个二级生产指令包括多个各机器人站点内各装置可分别执行的三级生产指令；任务模块，用于获取任务信息；指令识别模块，用于对任务信息进行生产指令识别，获取识别结果；多机器人站点协同调度模块，用于所述识别结果中的生产指令为一级生产指令时，根据任务信息将一级生产指令按时序生成对各机器人站点进行调度控制的二级生产指令；站点内装置调度模块，用于将二级生产指令按时序分解为用于对对应机器人站点内装置进行调度的三级生产指令。
[0054]
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案包括：指令模块，用于生成生产指令，所述生产指令包括用于多机器人站点协同执行的一级生产指令，每个一级生产指令包括多个各机器人站点分别独立执行的二级生产指令，每个二级生产指令包括多个各机器人站点内各装置可分别执行的三级生产指令；任务模块，用于获取任务信息；指令识别模块，用于对任务信息进行生产指令识别，获取识别结果；多机器人站点协同调度模块，用于所述识别结果中的生产指令为一级生产指令时，根据任务信息将一级生产指令按时序生成对各机器人站点进行调度控制的二级生产指令；站点内装置调度模块，用于将二级生产指令按时序分解为用于对对应机器人站点内装置进行调度的三级生产指令。
[0055]
在另一实施例中，还包括交互模块，所述交互模块用于与机器人站点进行交互；
[0056]
所述站点内装置调度模块、交互模块分别与机器人站点一一对应设置；所述交互模块包括多个交互单元，每个所述交互单元对应机器人站点中的一个装置设置，所述交互单元用于与机器人站点中对应装置交互。
[0057]
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是还包括交互模块，所述交互模块用于与机器人站点进行交互；所述站点内装置调度模块、交互模块分别与机器人站点一一对应设置；所述交互模块包括多个交互单元，每个所述交互单元对应机器人站点中的
一个装置设置，所述交互单元用于与机器人站点中对应装置交互。
[0058]
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案还包括交互模块，所述交互模块用于与机器人站点进行交互；所述站点内装置调度模块、交互模块分别与机器人站点一一对应设置；所述交互模块包括多个交互单元，每个所述交互单元对应机器人站点中的一个装置设置，所述交互单元用于与机器人站点中对应装置交互。
[0059]
在另一实施例中，所述控制系统包括：主控制器电路板和扩展电路板组件；
[0060]
所述主控制器电路板包括第一电气组件、接口组件和处理器，所述第一电气组件、所述接口组件分别与所述处理器电连接；
[0061]
所述扩展电路板组件包括至少一个扩展电路板，所述扩展电路板包括第二电气组件和多个端口，所述主控制器电路板和所述扩展电路板固定安装，所述第一电气组件和所述第二电气组件电连接，以使所述处理器和所述扩展电路板的多个端口电连接。
[0062]
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是所述生产线机器人包括：主控制器电路板和扩展电路板组件；所述主控制器电路板包括第一电气组件、接口组件和处理器，所述第一电气组件、所述接口组件分别与所述处理器电连接；所述扩展电路板组件包括至少一个扩展电路板，所述扩展电路板包括第二电气组件和多个端口，所述主控制器电路板和所述扩展电路板固定安装，所述第一电气组件和所述第二电气组件电连接，以使所述处理器和所述扩展电路板的多个端口电连接。
[0063]
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案所述生产线机器人包括：主控制器电路板和扩展电路板组件；所述主控制器电路板包括第一电气组件、接口组件和处理器，所述第一电气组件、所述接口组件分别与所述处理器电连接；所述扩展电路板组件包括至少一个扩展电路板，所述扩展电路板包括第二电气组件和多个端口，所述主控制器电路板和所述扩展电路板固定安装，所述第一电气组件和所述第二电气组件电连接，以使所述处理器和所述扩展电路板的多个端口电连接。
[0064]
在另一实施例中，所述接口组件包括以下接口中的一种或者多种的组合：rs-232接口、rs-485接口、ethernet接口、can接口、usb接口。
[0065]
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是所述接口组件包括以下接口中的一种或者多种的组合：rs-232接口、rs-485接口、ethernet接口、can接口、usb接口。
[0066]
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案所述接口组件包括以下接口中的一种或者多种的组合：rs-232接口、rs-485接口、ethernet接口、can接口、usb接口。
[0067]
在另一实施例中，所述扩展电路板组件包括第一扩展电路板，所述第一扩展电路板包括第一扩展端口，所述第一扩展电路板通过机械限位机构与所述主控制器电路板固定安装，且所述第二电气组件安装在所述第一扩展电路板；
[0068]
所述扩展电路板组件还包括第二扩展电路板，所述第二扩展电路板包括第二扩展端口，所述第二扩展电路板与所述第一扩展电路板通过所述机械限位机构固定安装，且所述第二扩展电路板通过排针与所述第一扩展电路板电连接。
[0069]
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是所述扩展电路板组件包括第一扩展电路板，所述第一扩展电路板包括第一扩展端口，所述第一扩展电路板通过机械限位机构与所述主控制器电路板固定安装，且所述第二电气组件安装在所述第一扩展电路板；所述扩展电路板组件还包括第二扩展电路板，所述第二扩展电路板包括第二扩展端口，
所述第二扩展电路板与所述第一扩展电路板通过所述机械限位机构固定安装，且所述第二扩展电路板通过排针与所述第一扩展电路板电连接。
[0070]
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案所述扩展电路板组件包括第一扩展电路板，所述第一扩展电路板包括第一扩展端口，所述第一扩展电路板通过机械限位机构与所述主控制器电路板固定安装，且所述第二电气组件安装在所述第一扩展电路板；所述扩展电路板组件还包括第二扩展电路板，所述第二扩展电路板包括第二扩展端口，所述第二扩展电路板与所述第一扩展电路板通过所述机械限位机构固定安装，且所述第二扩展电路板通过排针与所述第一扩展电路板电连接。
[0071]
在另一实施例中，所述装置还包括电源管理电路板，所述电源管理电路板包括电源输入端口和电源电气接口，所述电源电气接口与所述主控制器电路板电连接；
[0072]
所述电源管理电路板还包括预留扩展接口。
[0073]
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是所述装置还包括电源管理电路板，所述电源管理电路板包括电源输入端口和电源电气接口，所述电源电气接口与所述主控制器电路板电连接；所述电源管理电路板还包括预留扩展接口。
[0074]
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案所述装置还包括电源管理电路板，所述电源管理电路板包括电源输入端口和电源电气接口，所述电源电气接口与所述主控制器电路板电连接；所述电源管理电路板还包括预留扩展接口。
[0075]
在另一实施例中，所述扩展电路板组件还包括第三扩展电路板，所述第三扩展电路板包括电气扩展接口，所述电气扩展接口与所述电源管理电路板的预留扩展接口电连接；
[0076]
所述第三扩展电路板与所述第二扩展电路板通过所述机械限位机构固定安装，所述第一扩展电路板、所述第二扩展电路板、所述第三扩展电路板和所述主控制器电路板平行，所述主控制器电路板与所述电源管理电路板垂直。
[0077]
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是所述扩展电路板组件还包括第三扩展电路板，所述第三扩展电路板包括电气扩展接口，所述电气扩展接口与所述电源管理电路板的预留扩展接口电连接；所述第三扩展电路板与所述第二扩展电路板通过所述机械限位机构固定安装，所述第一扩展电路板、所述第二扩展电路板、所述第三扩展电路板和所述主控制器电路板平行，所述主控制器电路板与所述电源管理电路板垂直。
[0078]
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案所述扩展电路板组件还包括第三扩展电路板，所述第三扩展电路板包括电气扩展接口，所述电气扩展接口与所述电源管理电路板的预留扩展接口电连接；所述第三扩展电路板与所述第二扩展电路板通过所述机械限位机构固定安装，所述第一扩展电路板、所述第二扩展电路板、所述第三扩展电路板和所述主控制器电路板平行，所述主控制器电路板与所述电源管理电路板垂直。
[0079]
在另一实施例中，还包括无线通信模块，所述无线通信模块包括：蓝牙通信模块、wi-fi通信模块、zigbee通信模块、gsm通信模块和红外通信模块。
[0080]
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是还包括无线通信模块，所述无线通信模块包括：蓝牙通信模块、wi-fi通信模块、zigbee通信模块、gsm通信模块和红外通信模块。
[0081]
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案还包括无线通信模块，所
述无线通信模块包括：蓝牙通信模块、wi-fi通信模块、zigbee通信模块、gsm通信模块和红外通信模块。
[0082]
在另一实施例中，每个无线通信模块通过通信接口连接在通信控制主板上，通信接口是通信控制主板于无线通信模块的数据传输转接口，每个无线通信模块都是即插即用的、可拆卸的。
[0083]
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是每个无线通信模块通过通信接口连接在通信控制主板上，通信接口是通信控制主板于无线通信模块的数据传输转接口，每个无线通信模块都是即插即用的、可拆卸的。
[0084]
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案每个无线通信模块通过通信接口连接在通信控制主板上，通信接口是通信控制主板于无线通信模块的数据传输转接口，每个无线通信模块都是即插即用的、可拆卸的。
[0085]
在另一实施例中，所述通信控制主板上当所述多个无线通信模块中的任一无线通信模块接收到目标解锁密钥时，判断是否存在安全等级低于所述任一无线通信模块的安全等级的其他目标无线通信模块未被解锁；在判断结果为否时，若所述目标解锁密钥正确，则解锁所述任一无线通信模块；在判断结果为是时，禁止解锁所述任一无线通信模块，其中，所述其他目标无线通信模块为所述多个无线通信模块中除所述任一无线通信模块之外的无线通信模块；
[0086]
若所述多个无线通信模块中存在其他目标无线通信模块未被解锁，则当所述目标解锁密钥正确时，仍然提示所述目标解锁密钥错误；以及当所述其他目标无线通信模块为多个时，若按照安全等级从低到高的顺序依次接收到多个所述其他目标无线通信模块中的每个所述其他目标无线通信模块的正确的解锁密钥，则允许解锁所述任一无线通信模块，以在所述目标解锁密钥正确时，解锁所述任一无线通信模块。
[0087]
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是所述通信控制主板上当所述多个无线通信模块中的任一无线通信模块接收到目标解锁密钥时，判断是否存在安全等级低于所述任一无线通信模块的安全等级的其他目标无线通信模块未被解锁；在判断结果为否时，若所述目标解锁密钥正确，则解锁所述任一无线通信模块；在判断结果为是时，禁止解锁所述任一无线通信模块，其中，所述其他目标无线通信模块为所述多个无线通信模块中除所述任一无线通信模块之外的无线通信模块；
[0088]
若所述多个无线通信模块中存在其他目标无线通信模块未被解锁，则当所述目标解锁密钥正确时，仍然提示所述目标解锁密钥错误；以及当所述其他目标无线通信模块为多个时，若按照安全等级从低到高的顺序依次接收到多个所述其他目标无线通信模块中的每个所述其他目标无线通信模块的正确的解锁密钥，则允许解锁所述任一无线通信模块，以在所述目标解锁密钥正确时，解锁所述任一无线通信模块。
[0089]
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案所述通信控制主板上当所述多个无线通信模块中的任一无线通信模块接收到目标解锁密钥时，判断是否存在安全等级低于所述任一无线通信模块的安全等级的其他目标无线通信模块未被解锁；在判断结果为否时，若所述目标解锁密钥正确，则解锁所述任一无线通信模块；在判断结果为是时，禁止解锁所述任一无线通信模块，其中，所述其他目标无线通信模块为所述多个无线通信模块中除所述任一无线通信模块之外的无线通信模块；
[0090]
若所述多个无线通信模块中存在其他目标无线通信模块未被解锁，则当所述目标解锁密钥正确时，仍然提示所述目标解锁密钥错误；以及当所述其他目标无线通信模块为多个时，若按照安全等级从低到高的顺序依次接收到多个所述其他目标无线通信模块中的每个所述其他目标无线通信模块的正确的解锁密钥，则允许解锁所述任一无线通信模块，以在所述目标解锁密钥正确时，解锁所述任一无线通信模块。
[0091]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。