基于CC‑LINK应用的产线控制系统及控制方法与流程

本发明涉及智能控制领域，具体地说涉及一种工业生产线设备的控制系统。

背景技术：

现在人们对各种产品所具备的功能要求越来越高，导致生产厂家需要在产品上添加各种迎合消费者需求的功能部件，同时生产厂家为配合产品的生产，需要在生产线上增设越来越多的自动化设备。

现有的生产厂家所配置的生产线普遍存在一个共同的弊端，就是接线过于复杂，普遍都是将生产线上所有的设备全部连接到一个控制端上面（参照图1），就是说传统的生产线控制方式使用的是并行的连接方式，这种控制连接方式会导致控制端存在较多的输出连接引线，技术人员进行设备安装和维护显得十分不便，当出现接线错误的情况时，还有可能出现设备损坏或生产产品损坏等情况，造成不必要的经济损失。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种基于CC-LINK应用的产线控制系统。

本发明解决其技术问题的解决方案是：

基于CC-LINK应用的产线控制系统，包括PLC处理器、CC-LINK主站模块、人机交互界面以及两个以上的分站模块，所述分站模块包括远程I/O模块、机器人以及机床，所述人机交互界面通过以太网与PLC处理器通信连接，所述PLC处理器与CC-LINK主站模块相连，所述远程I/O模块分别与机器人以及机床相连，各分站模块之间通过远程I/O模块相互串联，所述CC-LINK主站模块与任意一个远程I/O模块相连。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括安全继电器、安全光栅和摄像设备，所述安全光栅与安全继电器相连，所述安全继电器安装在机器人以及机床的电源输入端，所述安全继电器和摄像设备分别与PLC处理器相连。

作为上述技术方案的进一步改进，所述的机器人和机床均包括控制器、电机、直流输入模块、直流输出模块、供电模块、控制电机形成通电回路的继电器以及用于检测机床和机器人动作的编码器，所述编码器包括编码盘，所述编码盘安装在机床和机器人的电机部件旋转轴处，所述直流输入模块、直流输出模块、供电模块、继电器以及编码器分别与控制器相连。

本发明的控制系统有益效果是：本系统通过CC-LINK主站模块以及多个远程I/O模块的组合，改变了传统从控制端并行引出多根电线到受控端的状况，减轻控制端（即本发明的CC-LINK主站模块）的接线负担，加快安装进程，降低错误接线的风险。

上述基于CC-LINK应用的产线控制系统的控制方法包括以下步骤：

步骤100：设置系统运行参数；

步骤200：PLC处理器通过CC-LINK主站模块向各分站模块机床和机器人发出执行动作信号；

步骤300：机床和机器人控制器根据执行动作信号执行操作，并生成反馈信号，经远程I/O模块和CC-LINK主站模块传输到PLC处理器；

步骤400：PLC处理器向人机交互界面输出机床和机器人动作执行状况；

步骤500：PLC处理器检测加工完成后的产品是否合格。

进一步，所述步骤100包括以下步骤：

步骤101：设置CC-LINK主站以及各个远程I/O模块的地址信息，设置CC-LINK主站与各个远程I/O模块的通信速率；

步骤102：选择需要屏蔽的机床和机器人，并选择系统的运行方式，所述运行方式包括单次运行以及循环运行方式；

步骤103：加载产品视觉文件；

步骤104：设置各分站模块机床和机器人的执行动作；

步骤105：系统运行条件自检测，若自检合格，系统启动运行，若自检不合格，PLC处理器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毕后，重新执行步骤105。

进一步，所述步骤200之后还包括步骤600：PLC处理器启动定时，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息，待故障报警信息处理完毕后，系统重新运行，若定时没有结束，执行步骤300。

进一步，所述步骤300包括：各机器人和机床的控制器接收到执行动作信号并执行完毕以后，编码器检测机器人和机床的电机运行状况，若编码器检测到电机运行，控制器生成反馈信号并将反馈信号经远程I/O模块和CC-LINK主站模块传输到PLC处理器，若编码器没有检测到电机运行，控制器无需生成反馈信号，返回步骤600。

进一步，所述步骤500包括：启动摄像设备，所述摄像设备采集完工产品的信息并传输到PLC处理器，PLC处理器根据加载的产品视觉文件与摄像设备采集的产品信息进行对比判断产品是否合格。

本发明的控制方法有益效果是：本控制方法利用CC-LINK主站模块以及远程I/O模块协调整个系统的数据传输，方便技术人员对产线进行实时监控与故障诊断。

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是大型生产线传统的电路连接图；

图2是本发明系统的电路原理图；

图3是本发明连接电缆的结构示意图；

图4是本发明机床和机器人的电路原理图；

图5是本发明控制方法的具体流程图。

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2，本发明提供一种基于CC-LINK应用的产线控制系统，所述控制系统包括PLC处理器、CC-LINK主站模块、人机交互界面以及两个以上的分站模块，所述分站模块包括远程I/O模块、机器人以及机床，所述人机交互界面通过以太网与PLC处理器通信连接，人机交互界面为技术人员提供输入操作页面以及系统运行状态信息输出页面，所述PLC处理器与CC-LINK主站模块相连，所述远程I/O模块分别与机器人以及机床相连，各分站模块之间通过远程I/O模块相互串联，所述CC-LINK主站模块与任意一个远程I/O模块相连。其中人机交互界面利用以太网与PLC处理器相连，实现远程控制，技术人员无需到产线运行现场即可实时控制并查看运行情况。

本发明中所述CC-LINK主站模块与远程I/O模块的连接是CC-LINK网络，属于一种控制与链路系统，整个系统利用现场总线将各个远程I/O模块的实时数据传输到CC-LINK主站模块进行管理，具有实时性、开放性、保护功能齐全、通信速率快、网络先进、布线方便等优点，有利于分散系统实现集中监控，提高系统自动化水平，减轻工人劳动强度。

本发明与传统的控制系统相比较，区别之处在于，传统的连接方式是从控制端分别引出多根通信电线到每一个受控端，一旦生产线上设备装置较多，就会导致控制端出现较多数量的引线，如此一来技术人员在安装整套设备时，容易产生接线错误的情况，当系统在该情况下运行时，产生设备以及产品损坏的可能性较高，而本发明创造增设有CC-LINK主站模块和远程I/O模块，各个远程I/O模块串联，CC-LINK主站模块与其中一个远程I/O模块相连，减轻CC-LINK主站模块的接线负担，CC-LINK主站模块只需引出一根电线到远程I/O模块，大大提高系统安装效率，提高接线准确度。

具体地，本实施例中，所述PLC处理器、人机交互界面、CC-LINK主站模块以及远程I/O模块优先采用三菱公司的产品，所述PLC处理器型号为Q03UDE，所述人机交互界面型号为GT2310-VTBD，所述CC-LINK主站模块型号为QJ61BT11N，所述远程I/O模块型号为AJ65SBTB1-32DT。当然本发明创造所使用的PLC处理器、人机交互界面、CC-LINK主站模块以及远程I/O模块不只限于本实施例，任何能够完成类似功能的硬件模块均属于本发明的保护范围。

进一步作为优选的实施方式，参照图3，本发明创造中，用于串联多个远程I/O模块的连接电缆以及用于连接CC-LINK主站模块与远程I/O模块的连接电缆需要使用专门的通信电缆，所述连接电缆包括三根通电线芯1，所述线芯1由内到外被屏蔽层以及护套4包裹，护套4具有保护功能，主要起到防尘防潮防腐蚀等作用，所述屏蔽层中嵌有地线5，地线5一端与屏蔽层相连，另一端与地相连，本实施例中屏蔽层利用地线5接地，起到减弱外界电磁波对连接线缆的电磁感应效果，使信号在通信传输过程中减少失真，降低出现误码的机率。本实施例中所述屏蔽层由锡纸屏蔽层2和铜丝屏蔽层3组成。

进一步作为优选的实施方式，本发明创造还包括向PLC处理器供电的电源模块，所述电源模块与PLC控制器相连。本实施例中所述电源模块选有三菱公司型号为Q61P的PLC电源。

进一步，本实施例中所述PLC处理器、CC-LINK主站模块、电源模块均设置在一块主基板上，极大地简化技术人员系统安装进程，同时各个组成部分之间的连接导线可布置在所述主基板上，有效避免了线材的浪费。

进一步，本发明创造还包括安全继电器、安全光栅以及摄像设备，所述安全光栅与安全继电器相连，所述安全继电器安装在机器人以及机床的电源输入端，所述安全继电器和摄像设备分别与PLC处理器相连。众所周之，现有的机床等大型的生产制造类设备都存在一定程度的危险，一旦设备运行时，有人接近设备，极有可能造成人员伤亡或设备损坏等情况，所以本系统利用安全继电器以及安全光栅的组合，杜绝上述情况，当安全光栅检测到有人靠近设备时，可自动切断设备电源，同时将检测信号传输到PLC处理器进行下一步处理；而摄像设备则是安装在产线的末端，采集已完成加工产品的信息，传输到PLC处理器，PLC处理器根据采集的产品信息判断产品是否合格。

进一步，参照图4，所述的机器人和机床均设置有控制器、供电模块、直流输入模块、直流输出模块以及编码器，所述直流输入模块、直流输出模块、供电模块以及编码器分别与控制器相连。当系统运行时，机床和机器人都需要完成一系列复杂的操作，因此需要使用智能控制器进行协调，所述编码器是脉冲编码器，是一种光学式位置检测元件，其编码盘安装在各个电机部件的旋转轴上，以便测出电机旋转轴的旋转角度和速度变化，再传输到控制器进行处理，所述控制器利用直流输入模块和直流输出模块与远程I/O模块进行数据传输。

本实施例中，所述供电模块型号为WDR-204-24，该型号的电源装置可稳定输出24V的直流电压，所述直流输入模块型号为QX41，所述型号的直流输入模块的响应时间可自由改变，支持在线更换，所述直流输出模块型号为QY41P，所述型号的直流输出模块属于漏型输出并自带短路保护功能。当然所述供电模块、直流输入模块以及直流输出模块并不只限于本实施例，任何能完成类似功能的模块装置都属于本发明创造的保护范围。

参照图5，本发明创造基于CC-LINK应用的产线控制系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤100：设置系统运行参数；

步骤200：PLC处理器通过CC-LINK主站模块向各分站模块机床和机器人发出执行动作信号；

步骤300：机床和机器人控制器执行动作信号，并生成反馈信号，经远程I/O模块和CC-LINK主站模块传输到PLC处理器；

步骤400：PLC处理器向人机交互界面输出机床和机器人运行状况；

步骤500：PLC处理器检测加工完成后的产品是否合格。

具体地，本发明创造通过上述控制方法，利用CC-LINK主站模块和远程I/O模块协调PLC处理器与多个机器人和机床进行数据传输，并将产线系统运行过程实时显示到人机交互界面，方便技术人员对产线的运行情况进行实时的可视化监控。

进一步，所述步骤100包括以下步骤：

步骤101：设置CC-LINK主站以及各个远程I/O模块的地址信息，设置CC-LINK主站与各个远程I/O模块的通信速率；

步骤102：选择需要屏蔽的机床和机器人，并选择系统的运行方式，所述运行方式包括单次运行以及循环运行方式；

步骤103：加载产品视觉文件；

步骤104：设置各分站模块机床和机器人的执行动作；

步骤105：系统运行条件自检测，若自检合格，系统启动运行，若自检不合格，输出故障报警信息，待故障报警信息处理完成后，重新执行步骤105。

具体地，本系统运行前，首先检查各硬件装置是否正确接线，之后系统上电；步骤101中需要在CC-LINK主站模块的硬件设备上设置模块站号以及与远程I/O模块的通信速率，所述CC-LINK主站模块的硬件设备分别设置有旋钮，对应将旋钮调节到不同的位置，可将CC-LINK主站模块设置为不同的模块站号和不同的通信速率，设置模块站号的目的在于，本发明创造可以不只限于一台CC-LINK主站模块，还可以包括多台CC-LINK主站模块，因此运行前需要设置其中一个为使用站，其余的为备用站，当设置为使用站的CC-LINK主站模块出现故障时，PLC处理器在当前报警页面以及故障诊断页面输出故障报警信息，并自行启动设置为备用站的CC-LINK主站模块，使到系统不会因为故障而终止运行；利用软件设置CC-LINK主站模块和远程I/O模块的地址信息，在系统运行期间，依靠所述地址信息，CC-LINK主站模块能够识别到数据是来自哪个远程I/O模块，而远程I/O模块能够识别到自身是不是该数据的接收端，具体表现为CC-LINK主站模块发送数据时，是将自身地址信息、PLC处理器传输的远程I/O模块地址信息以及对应的执行动作信号一起发送出去，每个远程I/O模块首先判断接收到的信息是否来自CC-LINK主站模块，如果是再判断接收到的地址信息与自身设置的地址信息是否一致，如果一致，根据执行动作信号执行操作，如果不一致，无需如何操作，同理各远程I/O模块传输机床和机器人的反馈信号时，同样是将自身地址信息与反馈信号一起发送出去，PLC处理器根据地址信息识别该反馈信号具体是哪个远程I/O模块发出的，通过上述具体通信过程实现双方间准确的数据传输；步骤102中人机交互界面显示生产模式设置页面，在此页面中选择此次生产过程中需要屏蔽的机床或者机器人，以及选择运行方式，技术人员可以根据生产前各个设备的情况选择是否需要屏蔽设备，防止设备在运行过程中产生故障情况，所述运行方式包括单次运行方式以及循环运行方式，单次运行方式应用于产线运行调试或者个别样品制造，而循环运行模式应用在批量生产情况；步骤103加载的视觉文件为了之后的成品检测中作为检测的参考数据，所述视觉文件包含产品合格参数，例如产品的三维数据等；步骤104中人机交互界面显示机器人输入监控页面和机床监控页面，需要分别在这两个页面中设置各个机器人和机床的执行动作参数，例如设置机器人自动运行或手动运行，设置机器人执行取料或送料，设置机床复位等操作，由于本发明创造可自由设定机床和机器人的执行动作，因此本系统能够满足各种不同产品的生产需求；步骤105中系统运行前需要进行运行条件自检，所述自检内容包括前面步骤中所提及到的参数是否设置完毕，机床上死点检测，安全光栅检测人员是否在危险区域等，如果检测不合格PLC处理器将故障报警信息输出到当前报警页面和故障诊断页面，技术人员根据报警提示处理异常状况后，再一次运行条件自检，直到自检合格后方可启动运行系统，有效保障人员安全，降低运行故障风险。

进一步，作为优选的实施方式，另外本实施例中在系统运行时还配置有故障提示功能。步骤200以后还包括步骤600，PLC处理器启动定时，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报信息，待故障报警信息处理完毕后，系统重新运行，若定时没有结束，执行步骤300。具体地在规定时间内，如果PLC处理器没有接收到反馈信号，即可表明对应的机床或机器人由于异常状况发生没有执行相应的动作，出现故障情况，PLC自动向人机交互界面的故障诊断页面和当前报警页面输出故障信息，并将故障信息记录在历史报警页面。例如PLC处理器向其中一个远程I/O模块的机器人发出执行取料动作信号，在规定时间内PLC处理器没有接收到相应的反馈信号，就向人机交互界面输出相应的机器人取料未执行故障信息。此技术手段方便技术人员进行故障位置快速定位与系统维修。另外所述的故障诊断页面以列表的形式将机床和机器人的故障报警信息输出到人机交互界面，具体表现为在页面顶端横向显示各机床和机器人的编号信息，在各机床和机器人的编号信息垂直列出相对应的故障报警信息；所述的当前报警页面以及历史报警页面均以文字的方式详细记录各个故障报警信息的发生时间，发生位置等数据，工作人员可以此为根据了解机床和机器人的故障频率，在日常的工作中有针对性地对故障频率高的机床和机器人加以维护。

进一步，作为优选的实施方式，本实施例中，步骤300中机器人和机床利用编码器进行执行状况的检测，所述编码器是脉冲编码器，是一种光学式位置检测元件，所述编码器包括编码盘，编码盘安装在各个电机部件的旋转轴上，以便测出电机旋转轴的旋转角度和速度变化，再生成电脉冲信号传输到机器人或者机床的控制器进行处理生成反馈信号，控制器将反馈信号先传输到远程I/O模块，远程I/O模块再将自身的地址信息以及反馈信号经CC-LINK主站模块传输到PLC处理器，PLC处理器根据反馈信号，将对应各个远程I/O模块的机器人和机床的动作执行状况分别输出到人机交互界面的机器人输出监控页面以及机床监控页面，再将系统运行期间所有机床和机器人的动作执行状况输出到动作流程监控页面，技术人员可通过所述动作流程监控页面对系统整个运行过程进行观察，实现可视化的生产过程监控。另外所述的动作的流程监控页面具体以文字的方式按时间的先后顺序将各机床和机器人的动作执行状况输出到人机交互界面；所述机器人输出监控页面以及机床监控页面均以表格的方式将各机床和机器人的动作执行状况输出到人机交互界面，具体表现为在表格顶端横向显示各机床和机器人的编号信息，在表格的左端垂直显示各个相应的执行动作，若某个机床或机器人完成了某个执行动作，则点亮该机床或机器人编号信息与执行动作所相交的网格。

进一步作为优选的实施方式，步骤500中，所述系统启动摄像设备对生产产品进行检测，具体地，所述摄像设备首先采集产品数据，例如产品的三维数据，某些关键部位的形状数据等等，PLC处理器将采集到的数据与相应加载的产品视觉文件进行对比，逐个判断生产产品是否合格。

参照图5，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，本实施例只使用一个CC-LINK主站模块：

步骤S01：设置CC-LINK主站模块以及远程I/O模块的地址信息以及通信时的通信速率；

步骤S02：进入生产模式页面，选择需要屏蔽的机床和机器人，选择系统运行方式；

步骤S03：加载生产产品的视觉文件；

步骤S04：在机器人输入监控页面和机床监控页面设置各个远程模块机器人和机床的执行动作；

步骤S05：系统运行条件自检测，若检测结果合格，系统启动运行，若检测结果不合格，当前报警页面输出故障报警信息，待故障报警信息处理完毕后，再重新执行步骤S05；

步骤S06：PLC处理器传输远程I/O模块的地址信息以及对应机床和机器人的执行动作信号到CC-LINK主站模块；

步骤S07：CC-LINK主站模块将自身地址信息和PLC处理器传输的信息发送到各个远程I/O模块；

步骤S08：PLC处理器启动定时，如果定时结束，PLC处理器向故障诊断页面、当前报警页面以及历史报警页面输出故障报警信息，待故障报警信息处理完毕后，系统重新运行，若定时没有结束，执行步骤S09；

步骤S09：远程I/O模块判断信息是否来自CC-LINK主站模块，如果是，再判断是否与自身地址信息一致，如果是，远程I/O模块将执行动作信号传输到控制器，控制器执行操作，如果信息不是来自CC-LINK主站模块或者与自身地址信息不一致，控制器无需进行任何操作，返回步骤S08；

步骤S10：判断编码器是否检测到电机运行，如果是控制器生成反馈信号并将反馈信号传输到远程I/O模块，远程I/O模块再将自身地址信息和反馈信号发送到CC-LINK主站模块和PLC处理器，PLC处理器将对应机床和机器人的动作执行状况输出到人机交互界面,若编码器没有检测到电机运行，控制器无需进行任何操作；

步骤S11：PLC处理器启动摄像设备，采集生产产品信息，PLC处理器根据所加载的产品视觉文件判断生产产品是否合格。

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。