[发明专利]面向智能制造加工的虚拟调试系统

摘要

面向智能制造加工的虚拟调试系统，主要由工控设备、PC客户端、Redis数据库模块和仿真模块组成，工控设备包括工业机器人系统、PLC、数控车床和加工中心控制器，PC客户端包括数据采集模块和交互界面模块。PC客户端基于OSGI.NET插件框架，将每个设备驱动做成插件，实时采集工控设备的信号和数据，并将数据存入Redis数据库中，PLC与数控设备通过数据库进行信号交互，仿真模块通过Python程序读取数据库数据来驱动机器人及机床模型进行加工，同时模型的状态信息也存入Redis数据库，PC客户端实时读取Redis数据库中模型状态信息并且写入PLC，使PLC中条件满足并调度机器人、数控车床及加工中心去执行任务，实现了虚实融合，能够验证智能制造加工方案的可行性。

主权项

1.一种面向智能制造加工的虚拟调试系统，PC客户端安装在Windows电脑上，通过PC客户端中基于OSGI.NET插件框架的设备驱动来采集多个工控设备的数据并且存入Redis数据库，仿真模块通过Python脚本程序采集Redis数据库中数据来驱动机器人和数控机床的模型，同时也将一些模型状态信息写入Redis数据库并反馈给PLC，PLC再调度机器人、数控车床及加工中心程序运行，实现了对PLC逻辑的检测并在虚拟环境中进行智能制造加工；所述的面向智能制造加工的虚拟调试系统，包括工业机器人系统、PLC、数控车床控制器、加工中心控制器、数据采集模块、交互界面模块、Redis数据库模块和仿真模块，具体如下：/n工业机器人系统与PLC和PC端的数据采集模块连接，包括机器人控制器和机器人示教盒；PLC通过Mudbus TCP协议向机器人控制器输入启动、运行及停止I/O信号，同时机器人控制器也输出I/O信号给PLC进行状态反馈；机器人控制器通过Mudbus TCP协议发送关节数据给PC端的数据采集模块，数据采集模块再对关节数据进行解析；机器人示教盒用于启动机器人程序和查看机器人数据；/nPLC与工业机器人系统和PC端数据采集模块连接，PLC通过Mudbus TCP协议向机器人控制器输入启动、运行及停止I/O信号，同时机器人控制器也输出I/O信号给PLC进行状态反馈；数据采集模块通过TCP/IP协议向PLC输入数控车床控制器、加工中心控制器及虚拟设备的I/O信号，PLC根据I/O信号再执行梯形图程序，PLC同时也输出I/O信号让PC端的数据采集模块进行采集，采集完成之后再进行数据解析；/n数控车床控制器与PC端数据采集模块连接，PC端的数据采集模块通过TCP/IP协议向数控车床控制器输入数据库中存储的PLC的I/O信号，主要是数控车床加工的启动信号，数控车床控制器会输出加工完成的I/O信号给PLC，PLC写入I/O信号之后再执行相应的梯形图程序；/n加工中心控制器与PC端数据采集模块连接，PC端的数据采集模块通过TCP/IP协议向加工中心控制器输入数据库中存储的PLC的I/O信号，主要是加工中心加工的启动信号，加工中心控制器会输出加工完成的I/O信号给PLC，PLC写入I/O信号之后再执行相应的梯形图程序；/n数据采集模块与工业机器人系统、PLC、数控车床控制器、加工中心控制器、交互界面模块和Redis数据库模块连接；机器人控制器通过Mudbus TCP协议发送关节数据给PC端的数据采集模块，数据采集模块再对关节数据进行解析；数据采集模块通过TCP/IP协议向PLC输入数控车床控制器、加工中心控制器及虚拟设备的I/O信号，PLC根据I/O信号再执行梯形图程序，PLC同时也输出I/O信号让PC端的数据采集模块进行采集，采集完成之后再进行数据解析；数据采集模块通过TCP/IP协议向数控车床控制器输入数据库中存储的PLC的I/O信号，主要是数控车床加工的启动信号，数控车床控制器会输出加工完成的I/O信号给PLC，PLC写入I/O信号之后再执行相应的梯形图程序；数据采集模块通过TCP/IP协议向加工中心控制器输入数据库中存储的PLC的I/O信号，主要是加工中心加工的启动信号，加工中心控制器会输出加工完成的I/O信号给PLC，PLC写入I/O信号之后再执行相应的梯形图程序；数据采集模块从交互界面模块输入配置文件中工控设备的IP地址、信号的虚拟键名、I/O地址和信号名，根据IP地址和I/O地址信息来实时采集关节数据及I/O变量数据，一个线程负责将数据写入Redis数据库模块，另一个线程将数据读出并输出到交互界面模块，交互界面上会实时显示数据，数据采集模块停止采集时，在交互界面的模块界面上修改设备IP地址、虚拟键名、I/O地址和信号名，这些修改同步到配置文件中，数据采集模块再次启动时重新匹配信息进行采集；数据采集模块通过Redis序列化通信协议将工控设备的关节数据及I/O信号序列化后存储到Redis数据库中，同时也读取Redis数据库中虚拟设备的状态信息反序列化之后写入到工控设备中；/n交互界面模块与数据采集模块连接，其输入为数据采集模块从Redis数据库实时读取的关节数据及I/O变量数据，接收数据后同步显示到交互界面上，交互界面模块上创建和修改的IP地址、虚拟键名、I/O地址和信号名并写入配置文件，数据采集模块启动后会读取配置文件，然后更新信号列表进行数据采集；/nRedis数据库模块与数据采集模块和仿真模块连接，数据采集模块通过Redis序列化通信协议将工控设备的关节数据及I/O信号序列化后存储到Redis数据库中，同时也读取Redis数据库中虚拟设备的状态信息反序列化之后写入到工控设备中；仿真模块通过Python脚本程序将机器人及数控机床模型的状态信号存储到Redis数据库模块，同时Python脚本程序读取Redis数据库中关节数据及设备I/O数据，驱动仿真模块中的虚拟设备，完成机器人取件、放件和数控机床安全门开关及加工的工作；工控设备及仿真模块中的I/O信号都存于Redis数据库中，通过读写Redis数据库完成虚拟和实际控制设备的数据交互；/n仿真模块与Redis数据库连接，仿真模块通过Python脚本程序将机器人及数控机床模型的状态信号存储到Redis数据库模块，同时Python脚本程序读取Redis数据库中关节数据及设备I/O数据，驱动仿真模块中的虚拟设备，完成机器人取件、放件和数控机床安全门开关及加工的工作。/n