一种柔性冲压联线控制系统及控制方法与流程

本发明涉及一种应用于工业制造领域的智能控制系统，更具体地说本发明是一种柔性冲压联线控制系统及控制方法。

背景技术：

随着科技的进步，现代的企业不仅仅在追求产品的自动化，同时也在迈进智能化生产的水平，尤其是诸如电视机、汽车等制造行业，智能化产线在日趋完善。

但是现有的生产线存在一个弊端，一般的生产线都是根据单一固定产品进行设计，生产线上的各个设备都是按照一个固定的先后顺序，被设定为只能进行固定的操作，导致生产线只能生产一款产品，这意味着如果产品出现改动，相应生产线也必须投入一定的资源进行改造，加大企业初期投入成本；另外，现有的生产线同一时间内只能进行一种产品的生产，无法同时进行两种产品的生产工作，影响企业生产效率。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种柔性冲压联线控制系统及其控制方法。

本发明解决其技术问题的解决方案是：

一种柔性冲压联线控制系统，包括PLC处理器、人机交互界面、执行单元、为PLC处理器供电的电源模块以及用于存储产品信息和产品加工程序的存储卡，所述执行单元配置有多个，所述执行单元包括冲床和机器人，所述PLC处理器通过以太网与人机交互界面通信连接，所述冲床、机器人、电源模块和存储卡分别与PLC处理器通信连接，所述冲床和机器人均包括控制器、电机、检测传感器、用于检测电机动作执行的编码器以及控制电机形成通电回路继电器，所述继电器、编码器以及检测传感器分别与控制器相连，所述控制器与PLC处理器通信连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述编码器是增量式编码器，所述编码器包括编码盘，所述编码盘安装在电机的旋转轴处。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括安全光栅和安全继电器，所述安全继电器安装在系统市电输入端，所述安全光栅与安全继电器相连，所述安全继电器与PLC处理器相连。

本发明的有益效果是：本系统实现产线控制系统的远程操作控制，实线产线上冲床和机器人的实时可视化监控。

一种柔性冲压联线控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤A：设置PLC处理器与人机交互界面的网络地址，建立以太网连接PLC处理器和人机交互界面；

步骤B：设置系统运行参数，包括设置产品生产模式，所述生产模式包括单线生产模式和双线生产模式，设置冲床和机器人的编号信息，设置对应生产模式下各产线参与生产的冲床和机器人数目，输入产品信息并载入产品加工程序，编辑各执行单元冲床和机器人的执行动作，所述编号信息与执行动作一一对应；

步骤C：PLC处理器向各执行单元发送编号信息和执行动作信号；

步骤D：控制器根据动作执行信号执行操作，生成反馈信号并将编号信息与反馈信号传输到PLC处理器；

步骤E：PLC处理器向人机交互界面输出冲床和机器人执行动作结果。

进一步，所述步骤B之后包括：

步骤F：系统运行条件自检测，若系统自检合格，系统启动运行，执行步骤C，若系统自检不合格，PLC处理器向人机交互界面输出故障报警信息，报警信息处理完成后重新执行步骤F。

进一步，所述步骤C之后还包括：

步骤G：PLC处理器启动定时，若定时没有结束，继续执行步骤D，若定时结束，PLC处理器没有接收到冲床或机器人的反馈信号，执行步骤H，所述步骤H包括PLC处理器向人机交互界面输出冲床或机器人的故障报警信息，屏蔽并移除出现故障的冲床或机器人所在的执行单元，在产线末端自动加入执行单元，加入执行单元的数目与屏蔽执行单元的数目一致，PLC处理器自动按产线前后顺序将冲床和机器人的编号信息与执行动作重新匹配对应，再返回步骤F。

进一步，所述步骤D包括以下步骤：

步骤D1：控制器判断接收的编号信息是否与自身所存储的编号信息是否一致，若不一致，控制器无须任何操作，返回步骤G，若一致，控制器根据执行动作信号执行操作；

步骤D2：编码器检测电机执行操作，若没有检测到，控制器无须任何动作，返回步骤G，若检测到，控制器生成反馈信号并将自身编号信息与反馈信号传输到PLC处理器。

本发明的有益效果是：本控制方法能对产线上参与生产的冲床和机器人数目及其执行动作进行自由设定，能够同时生产两种或以上产品，另外由于冲床和机器人的执行动作可自由设定，因此能够与多种产品的生产兼容。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。

图1是本发明控制系统的电路原理图；

图2是本发明冲床和机器人和电路原理图；

图3是本发明控制方法实施例的流程图；

图4是本发明控制方法中步骤H执行前后的冲床和机器人编号信息和执行动作的配对的对比图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

参照图1和图2，一种柔性冲压联线控制系统，所述控制系统包括PLC处理器、人机交互界面、执行单元、为PLC处理器供电的电源模块以及用于存储产品信息和产品加工程序的存储卡，所述执行单元配置有足够多，所述执行单元包括冲床和机器人，所述PLC处理器通过以太网与人机交互界面通信连接，用户可通过以太网利用人机交互界面实现对生产线上各设备的远程操作，所述冲床、机器人、电源模块和存储卡分别与PLC处理器通信连接，所述冲床和机器人均包括控制器、电机、检测传感器、用于检测电机动作执行情况的编码器以及控制电机形成通电回路继电器，所述检测传感器用于采集冲床和机器人的状态信息，例如检测冲床上死点，机器人是否处于工作原点等，所述检测传感器可以是压力传感器、红外传感器等，所述继电器、编码器以及检测传感器分别与控制器相连，所述控制器与PLC处理器通信连接。

本发明利用PLC处理器统筹各个执行单元冲床和机器人的工作，实现智能控制，将PLC处理器和人机交互界面通过以太网连接，用户可对控制系统实现远程实时监控，另外在冲床和机器人方面通过检测传感器以及编码器进行对设备的运行状态进行有效地信息采集，并传输到相应的控制器进行智能设别处理，实时性强，检测准确度高。

具体地，本实施例中，所述PLC处理器、存储卡、人机交互界面以及电源模块均使用西门子公司的产品，所述PLC处理器型号为CPU315-2PNDP，所述存储卡为MMC卡，存储空间为512KB，型号为6ES7-953-8LJ20-0AA0，所述人机交互界面是触摸屏，型号为KTP 1000PN，所述电源模块将220V交流输入电转化为24V直流电输出，其输出电流被配置为10A或5A，型号为6ES7-307-1EA01-0AA0，另外本系统还配置有数字量输入输出模块，PLC处理器通过所述数字量输入输出模块与冲床和机器人相连，所述数字量输入模块型号有6ES7-321-1BP00-0AA0以及6ES7-360-3AA01-0AA0，所述数字量输出模块型号有6ES7-322-1BL00-0AA0以及6ES7-360-3CA01-0AA0。当然以上所述模块不只限于本实施例，任何能完成类似功能的模块装置均属于本发明创造的保护范围。

进一步作为优选的实施方式，所述编码器是一种增量式编码器，所述编码器包括编码盘，所述编码盘安装在电机的旋转轴处。具体地，电机运作时，编码器将角位移量转换成周期性电信号，再将电信号转换成计数脉冲，传输到控制器处理，所述编码器主要用于检测冲床和机器人动作执行情况，检测时编码器与电机间没有接触，不会产生任何摩擦或磨损，而且响应时间快，实时性强。

进一步作为优选的实施方式，为更好保护在场工作人员安全，本系统还包括安全光栅和安全继电器，所述安全继电器安装在系统市电输入端，所述安全光栅与安全继电器相连，所述安全继电器与PLC处理器相连。具体地所述安全光栅包括红外发射器和红外接收器，安全光栅可以安装在电气部件附近，例如电源输入端，或者直接安装在产线外围，防止有人进入产线运作区域。所述安全光栅包括红外发射器和红外接收器，正常工作时，红外接收器会一直接收到红外线，当有人靠近时会遮挡红外线，红外接收器一旦无法接收到红外线就会快速响应向安全继电器传输信号，由安全继电器切断电源，防止事故方生。

参照图3，上述一种柔性冲压联线控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤A：设置PLC处理器与人机交互界面的网络地址，建立以太网连接PLC处理器和人机交互界面；

步骤B：设置系统运行参数，包括设置产品生产模式，所述生产模式包括单线生产模式和双线生产模式，设置冲床和机器人的编号信息，设置对应生产模式下各产线参与生产的冲床和机器人数目，输入产品信息并载入产品加工程序，编辑各执行单元冲床和机器人的执行动作，所述编号信息与执行动作一一对应；

步骤C：PLC处理器向各执行单元发送编号信息和执行动作信号；

步骤D：控制器根据动作执行信号执行操作，生成反馈信号并将编号信息与反馈信号传输到PLC处理器；

步骤E：PLC处理器向人机交互界面输出冲床和机器人执行动作结果。

具体地，本控制方法首先建立以太网并设置PLC处理器与人机交互界面的网络地址，实现PLC处理器与人机交互界面的实时和远程通信，所述型号为CPU315-2PNDP的西门子PLC处理器支持PROFINET工业以太网协议，组网方便简单。

组网完成以后，就需要设置系统运行参数，所需要设置的参数是本发明创造区别于现有技术的关键，包括设置产品生产模式，本实施例所述生产模式包括单线生产模式和双线生产模式，当设置为单线生产模式时，整条生产线上只能生产一款产品，当设置为双线生产模式时，整条生产线被拆分成两条，此生产模式下可生产两种产品。当然所述生产模式的种类不只限于本实施例，只要生产线的冲床和机器人足够多，还可以设置为多线生产模式。

设置冲床和机器人的编号信息，设置对应生产模式下各产线参与生产的冲床和机器人数目，生产线首端的冲床和机器人编号信息为1，下一个编号信息为2，如此类推，设置冲床和机器人编号信息目的如下：通过冲床和机器人的编号信息，区分不同的冲床和机器人，方便设置冲床和机器人的执行动作，另外运行时PLC处理器会根据编号信息实现与冲床或者机器人间的准确通信，用户根据实际的生产需求自由设置单线生产模式或者双线生产模式下，每个产线参与工作的冲床和机器人数量，优化生产资源，提高生产效率，具体操作如下，用户在人机交互界面设置完成生产模式以后，会显示该生产模式下各生产线首端和末端的冲床和机器人编号信息的输入框，用户对应输入后，即可完成该生产模式下各产线参与工作的冲床和机器人数量的设定。

最后用户需要输入产品信息并载入产品加工程序，编辑各执行单元冲床和机器人的执行动作，所述编号信息与执行动作一一对应。具体地，在系统设计时，用户可以在所配置的存储卡内存入产品信息和对应的产品加工程序，本实施例中用户需要设置各生产线下需要生产的产品信息，所述产品信息是用户自定义的产品编号，PLC处理器会根据所输入的产品信息自动加载对应的产品加工程序，所述产品加工程序已将各编号的冲床和机器人的执行动作设置完毕，系统运行前无需重新设定，节省时间；另外，当所生产产品的信息和对应的执行动作没有预先存入到存储卡或者原先存入产品加工程序所对应的执行动作无法满足生产要求时，用户可在各冲床和机器人原存储的执行动作的基础上进行修改或者重新设定，通过此参数的设定，实现生产线兼容生产不同的产品，与传统的生产线系统相比，本发明创造可大大节约用户投入成本。

进一步作为优选的实施方式，本控制方法所述步骤B之后还包括步骤F：系统运行条件自检测，若系统自检合格，系统启动运行，执行步骤C，若系统自检不合格，PLC处理器向人机交互界面输出故障报警信息，报警信息处理完成后重新执行步骤F。具体地所述步骤F所检测的运行条件包括步骤B中所提及的参数是否设置完毕，冲床是否上死点，机器人是否处于原点位置，生产线一定范围内是否有人等，所述检测冲床是否上死点，机器人是否处于原点位置等操作均有所配置的检测传感器完成，而安全光栅负责检测产线规定范围内是否有人进入，当以上所有条件都合格以后，系统启动运行，若上述条件有一条不合格，PLC处理器就会向人机交互界面输出故障报警信息，待故障报警信息处理完成后，再重新返回步骤F，重新进行运行条件检测，直到所有运行条件合格为止。当然所述运行条件不只限于本实施例上述的检测条件，用户可根据需求自由设定添加。

进一步作为优选的实施方式，本控制方法所述步骤C之后还包括步骤G：PLC处理器启动定时，若定时没有结束，继续执行步骤D，若定时结束，PLC处理器没有接收到冲床或机器人的反馈信号，执行步骤H，所述步骤H包括PLC处理器向人机交互界面输出冲床或机器人的故障报警信息，屏蔽并移除出现故障的冲床或机器人所在的执行单元，在产线末端自动加入执行单元，加入执行单元的数目需要与屏蔽执行单元的数目一致，PLC处理器自动按产线前后顺序将冲床和机器人的编号信息与执行动作重新匹配对应，再返回步骤F。

具体地，所述步骤G属于本系统的一种故障监控机制。当PLC处理器没有接收到冲床或者机器人的反馈信号时，PLC处理器会向人机交互界面输出故障报警信息，之后PLC处理器会自行屏蔽出现故障的冲床或者机器人所在的执行单元，并在产线末端自动添加执行单元，所添加的执行单元的数量与所屏蔽的执行单元数量一致，PLC处理器再按产线前后顺序将冲床和机器人的编号信息与执行动作重新匹配对应，参照图4，左边一列为出现故障前原编号的冲床和机器人与其执行动作的对应关系，右边一列为出现故障并处理完毕后不同编号的冲床和机器人与其执行动作的对应关系，假设当冲床3和冲床7出现故障时，PLC处理器屏蔽冲床3和冲床7所在的执行单元，再在产线末端添加两个执行单元，最后再按照产线前后顺序将冲床和机器人的编号信息与执行动作重新匹配对应，如此一来用户可将发生故障的冲床或者机器人充产线中屏蔽移除而又不会长时间终止产线运行，提高系统运行的效率和可靠性。当然具体实施时，用户可将产线上所有的冲床和机器人安装在导轨上，这样系统就可自动对执行单元进行移除和添加，无需人工操作，实现全自动化运行。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤D包括以下步骤：

步骤D1：控制器判断接收的编号信息是否与自身所存储的编号信息是否一致，若不一致，控制器无须任何操作，返回步骤G，若一致，控制器根据执行动作信号执行操作；

步骤D2：编码器是否检测到电机执行操作，若没有检测到，控制器无须任何动作，返回步骤G，若检测到，控制器生成反馈信号并将自身编号信息与反馈信号传输到PLC处理器。

具体地，所述步骤D是冲床和机器人的执行动作机制，控制器首先判断接收到的编码信息是否与自身所存的编码信息一致，若不一致，返回步骤G，若一致，控制器根据执行动作信号执行操作，另外控制器执行操作只是向控制电机形成通电回路的继电器输出一个电平信号，因此无法保证冲床或机器人的电机是否产生运行动作，因此需要利用编码器检测电机是否运行产生相关操作，若编码器检测到电机确实执行了操作，向控制器输出信号，控制器生产反馈信号并将自身所存地址信息和反馈信号传输到PLC处理器，若编码器没有检测到电机执行相关操作，控制器无法生成反馈信号，返回步骤G。

进一步，所述步骤E中，PLC根据接收到的地址信息以及对应的反馈信号，识别出具体是哪个冲床或机器人完成了执行动作信号，并将执行结果输出到人机交互界面相应的冲床监控页面或者机器人监控页面，所述冲床监控页面或者机器人监控页面会显示所有编号的冲床和机器人当前的执行动作内容以及其执行状况，用户可通过人机交互界面对整个系统进行实时可视化监控。

参照图3，本发明创造控制方法的具体实施例，具体控制流程如下所示：

步骤S01：设置PLC处理器和人机交互界面的网络地址；

步骤S02：建立以太网，连接PLC处理器和人机交互界面；

步骤S03：设置系统生产模式；

步骤S04：设置各个冲床和机器人的编号信息；

步骤S05：设置各产线参与生产的冲床和机器人数量；

步骤S06：输入产品信息，载入产品生产程序；

步骤S07：编辑各个冲床和机器人的执行动作；

步骤S08：系统进行运行条件自检测；若运行条件合格，系统启动运行，若运行条件不合格，PLC处理器向人机交互界面输出故障报警信息，故障报警信息处理完毕后，重新执行步骤S08；

步骤S09：PLC处理器发出编号信息以及对应的执行动作信号，并启动定时；

步骤S10：判断定时是否结束，若定时没有结束，执行步骤S11，若定时结束，PLC处理器没有接收到反馈信号，PLC处理器向人机交互界面输出故障报警信号，屏蔽出现故障的冲床和机器人所在的执行单元，在产线末端添加执行单元，PLC处理器自动按产线前后顺序将冲床和机器人的编号信息与执行动作重新匹配对应，再返回步骤S08；

步骤S11：控制器判断接收到的编号信息是否与自身所存的编码信息一致，若一致，控制器根据动作执行信号执行操作，若不一致，控制器无需任何操作，返回步骤S10；

步骤S12：编码器是否检测到电机执行操作，若检测到，编码器输出信号到控制器，控制器生成反馈信号并将自身所存编码信息和反馈信号传输到PLC处理器，若没有检测到，控制器无需进行任何操作，返回步骤S10；

步骤S13：PLC处理器向人机交互界面输出冲床或机器人的执行动作状况。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。