业控制系统具备实施工业4.0的基础。
[0015]以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
【附图说明】
[0016]图1是本发明的编码器与播放器的关系示意图；
[0017]图2是本发明的一个较佳实施例的架构示意图；
[0018]图3是本发明的一个具体实施例的工业控制系统(包括一部分辅助功能和外围设备)的整体架构。
【具体实施方式】
[0019]本发明的一个具体实施例的工业控制系统(包括一部分辅助功能和外围设备)的整体架构如图3所示。服务器在收到由CAM (Computer Aided Manufacturing)系统与后处理模块生成的运动轨迹后，使用单位弧长增量插补法或广义单位弧长增量插补法对运动轨迹进行原子级数字化即插补。编码器将插补所得的位移增量编码成运动比特流。此外，编码器还将逻辑控制信号的序列编码成逻辑控制比特流。编码结果可使用云端存储，或直接发送至客户端中，供播放器处理。客户端的播放器在人机界面和传感器的指示下，在规定的时间节点对运动比特流和逻辑控制比特流进行解码，从而还原出位移增量和逻辑控制信号。播放器利用位移增量计算运动指令，并发送至执行机构的驱动装置中，使执行机构产生运动；与此同时，将逻辑控制信号发送至相应装置中，实现运动机构的动作或工艺参数的改变。执行机构内的各个模块协同运作，以实施整个工艺过程。工艺过程可以由传感器进行监控，并由传感器将采集的信号反馈至客户端的人机界面和播放器中，从而实现对工艺过程的监视和工艺过程控制。
[0020]为具体展示本发明的核心部分(即编码器/播放器)的工作机制，在此结合一个较为简单的实施例进行说明。在本实施例中，一台服务器与两个客户端相连，每个客户端为一台终端设备。其中一台终端设备为三轴联动数控机床，包含三个运动轴X，Y和Z (设各轴最小运动步长为0.0Olmm,即脉冲当量为0.001mm/BLU)，位置伺服周期为1ms。另一台终端设备为自动换刀装置，能通过四个I/O通道的逻辑控制实现取刀、送刀、装夹和收回四个动作。要使两台设备实现一个动作序列:机床从坐标(10BLU，O, O)处开始沿以坐标点(0，O, O)为圆心、10BLU为半径的圆弧逆时针运动至(0，10BLU, O)处，运动速度为2mm/s ;自动换刀系统取刀，送刀，装夹，收回。
[0021]步骤一、编码
[0022]具体地，服务器对动作序列进行分解，然后对轨迹运动进行编码、生成运动比特流，并对逻辑控制信号序列进行编码，生成逻辑控制比特流。
[0023]以单位弧长增量法对三轴联动机床的圆弧轨迹进行插补，其详细过程和插补结果参见申请号为201210328234.X、名称为《单位弧长增量插补法》的专利中的第一个实施例。插补步数为16。将每步插补结果的各轴位移增量(均为绝对值不大于I的整数)转化为二进制形式，并依照 Ax1, Ay1, Δ Z1, Δχ2，Ay2, Δ z2，......，Δ χ16，Ay16, Az16的次序排列，
形成一条运动比特流。
[0024]自动换刀系统的取刀，送刀，装夹和收回四个动作信号分别对应I?4号I/O通道。将四个动作分别编码为0001、0010、0100、1000，并依照该次序排列，形成一条逻辑控制比特流。
[0025]随后，服务器向三轴联动机床客户端发送所生成的整条运动比特流，并向自动换刀装置客户端发送整条逻辑控制比特流。
[0026]步骤二、播放
[0027]首先，服务器指示三轴联动数控机床客户端开始播放运动比特流。由于运动速度为2mm/s (不考虑加减速)、位置伺服周期为Ims且脉冲当量为0.001mm/BLU，故每伺服周期沿圆弧的运动距离为2BLU、需要通过对运动比特流解码取出6个整数(=2BLU*3轴)，并将每个运动轴解码所得2个位移增量相加，即可获得当前伺服周期内的各轴位移增量。将各轴位移增量分别累加入各轴的指令位置中，生成运动指令并驱动电机，实现沿圆弧轨迹的运动。
[0028]在沿圆弧轨迹运动完成后，服务器指示自动换刀装置客户端开始播放逻辑控制比特流自动换刀装置首先从逻辑控制比特流中截取第I?4位(在本例中为0001)，解码后知该动作为取刀，将I号I/O通道设为高电平以发送取刀信号。在取刀动作完成后，将I号I/O通道设为低电平。随后，与取刀的过程类似，从逻辑控制比特流中依次截取第5?8位、第9?12位、第13?16位，依次解码并执行对应的动作，完成自动换刀过程。
[0029]以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种基于编码器播放器体系架构的工业控制系统，其特征在于，作为服务器的设备利用编码器对终端设备的运动轨迹和逻辑控制信号序列分别转换成运动比特流和逻辑控制比特流进行编码及存储；每个所述终端设备在工作时作为所述服务器的一个客户端，每个所述终端设备的工作过程被配置为根据需要从所述服务器下载已编码存储的代表所述终端设备运动及逻辑控制的运动比特流和逻辑控制比特流文件，利用所述终端设备上的播放器功能对所下载的所述运动比特流和所述逻辑控制比特流文件进行播放。2.如权利要求1所述的基于编码器播放器体系架构的工业控制系统，其特征在于，一个所述服务器包含一个或多个针对不同所述客户端的编码器，而所述客户端则包含一个与所述服务器的某个编码器对应的播放器。3.如权利要求1所述的基于编码器播放器体系架构的工业控制系统，其特征在于，所述播放的具体为:对所述运动比特流和所述逻辑控制比特流进行解码，从而获得各个运动轴的所述运动轨迹增量和各个装置的所述逻辑控制信号。4.如权利要求1所述的基于编码器播放器体系架构的工业控制系统，其特征在于，所述运动比特流是由单位弧长增量法或广义单位弧长增量法对所述运动轨迹进行插补所得的各轴每一步位移增量获得的。5.如权利要求1所述的基于编码器播放器体系架构的工业控制系统，其特征在于，所述逻辑控制比特流是由所述服务器的所述编码器根据组合逻辑和时序逻辑控制真值表、依照安排动作发生的序列生成的；所述逻辑控制比特流被配置为根据不同的控制任务从所述服务器动态下载并执行。6.如权利要求1所述的基于编码器播放器体系架构的工业控制系统，其特征在于，所述所述服务器和所述客户端之间被配置为通过以太网、USB、CAN总线方式连接，由所述编码器向所述播放器传输运动比特流和逻辑控制比特流。7.如权利要求1所述的基于编码器播放器体系架构的工业控制系统，其特征在于，所述运动比特流和所述逻辑控制比特流视数据量的大小被配置为存储于不同的存储装置中；所述存储装置被配置成存在于所述服务器中、所述客户端中或云端。8.如权利要求1所述的基于编码器播放器体系架构的工业控制系统，其特征在于，所述客户端在接收到所述运动比特流后，在每个运动指令更新周期，又称伺服周期，从运动比特流中取出一部分比特位，又称为运动子比特流，进行解码，还原出所述运动子比特流所对应的各轴位移增量，所述各轴位移增量是一步或多步脉冲增量插补法插补的叠加结果，并发送至所述客户端所控制的运动轴驱动装置中，由所述驱动装置驱动所对应运动轴执行动作。9.如权利要求1所述的基于编码器播放器体系架构的工业控制系统，其特征在于，所述客户端对接收到的所述逻辑控制比特流进行解码，生成逻辑控制信号发送至所要控制的客户端装置。10.如权利要求1所述的基于编码器播放器体系架构的工业控制系统，其特征在于，所述客户端是具有运动或逻辑控制功能的设备，优选是机床数控系统、机器人控制器、自动换刀系统控制器、PLC。
【专利摘要】本发明涉及一种基于编码器/播放器体系架构的工业控制系统，属于工业控制及自动化技术领域。本发明所述服务器设备利用编码器对终端机器或设备的运动轨迹和逻辑控制信号序列分别转换成运动比特流和逻辑控制比特流进行存储。每个终端机器或设备作为一个客户端，通过网络下载存储在服务器或云端的运动比特流和逻辑控制比特流进行播放。对比特流进行解码，计算各个运动轴的运动指令和各个控制装置的逻辑控制信号。本发明在保证较合理的存储空间消耗和通信带宽占用量的前提下，可大大减少终端机器或设备的工作量，简化终端机器或设备并实现多个终端机器或设备的同步协调运作，尤其适合于用以太网连接各个设备和功能模块的自动化系统应用场合。
【IPC分类】G05B19/418
【公开号】CN105094089
【申请号】CN201510363791
【发明人】赵万生, 郑君民, 陈默, 陈昊, 奚学程, 康小明
【申请人】上海交通大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年6月26日