專利名稱：基于opc協議的三割炬切割機器人控制系統及控制方法
技術領域：
本發明涉及切割機器人領域，具體涉及到一種基于OPC協議的三割炬切割機器人控制系統及控制方法。
背景技術：
隨著計算機、微電子、通信和網絡技術的發展，工業控制領域也發生著深刻的變 化。智能儀表在工業現場的大量采用，提供了以前無法得到的大量信息，這就存在著計算機 內部應用程序對現場信息的共享和交互問題。OPC(OLE forProcess Control——用于過程 控制的OLE)技術是一種廣泛應用于工業數據采集方式，它是一種應用Microsoft操作系統 在基于PC的客戶機之間交換自動化實時數據的方法。OPC協議是一個工業標準，是基于Microsoft公司的Distributed internetApplication(DNA)構架和 Com—ponent Object Model (COM)技術的。根據易于 擴展性而設計的。OPC規范定義了 一個工業標準接口，這個標準使得COM技術適用于過 程控制和制造自動化等應用領域。OPC數據訪問規范提供兩種接口 自定義接口(Custom Interfaces)、自動化接口(Automation Interfaces)。0PC基金會通過制定標準的接口來實 現OPC客戶程序開發以及和多個廠家生產的帶有OPC接口的服務器之間的通信。一個OPC 服務器由三個對象組成服務器(Server)，組(Group)，項(Item)，依次呈包含關系。OPC服務器對象用來提供關于服務器對象自身的相關信息，并且作為OPC組對象 的容器。OPC組對象用來提供關于組對象自身的相關信息，并且作為OPC項的容器，提供組 織和管理項的機制，在一個SERVER中，可以有若干個組，并可以設置每個組對象的死區，刷 新頻率，需要組織的項等。OPC項代表了 OPC服務器到數據源的一個物理連接，數據項是讀 寫數據的最小邏輯單位。一個OPC項不能被OPC客戶程序直接訪問，因此在OPC規范中沒有 對應于項的COM接口。所有與項的訪問需要通過包含項的OPC組對象來實現。在一個組對象 中，客戶可以加入多個OPC數據項。每個數據項包括3個變量值(Value)、品質(Quality) 和時間戳(Time Stamp)。數據值是以VARIANT形式表示的。OPC在工業上的應用，包括世界上所有主要的自動化控制系統、儀器儀表及過程控 制系統的公司。不論過程中采用什么軟件或設備，OPC為多種多樣的過程控制設備之間進 行通信提供了公用的接口。正是由于OPC的種種優點，目前相關專利也對基于OPC協議的 數據采集、工控等系統進行了研究。這些專利都集中在儀表的數據采集和在INTERNET上的 應用，但是在焊接切割機器人領域卻一直得不到應用，本申請正是基于問題而進行的設計。

發明內容
本發明的目的在于提供一種控制更加靈活、智能化的基于OPC協議的三割炬切割 機器人控制系統及其控制方法。為達到上述目的，本發明所采用的技術方案是一種基于OPC協議的三割炬切割 機器人控制系統，它包括，
伺服電機，所述的伺服電機用于驅動三割炬切割機器人進行空間運動，包括用于 驅動切割機器人在X軸方向運動的X軸伺服電機、用于驅動切割機器人在Y軸方向運動的Y 軸伺服電機、用于驅動切割機器人在Z軸方向上的Z軸伺服電機以及用于驅動切割機器人 在Z軸方向旋轉的旋轉軸伺服電機，所述的X軸、Y軸、Z軸定義為在空間上兩兩相垂直的直 線. 電磁閥，所述的電磁閥用于控制切割機人各送氣管開關狀態以進行切割動作，包 括與穿孔氧氣送氣管相連接的穿孔氧電磁閥、與切割氧氣送氣管相連接的切割氧電磁閥、 用于控制氣壓的低壓氧電磁閥和高壓氧電磁閥；PLC控制器，其與所述的各伺服電機和各電磁閥相通信連接，所述的PLC控制器用 于向伺服電機和電磁閥輸入控制指令以進行相應的動作； 工控機，其與所述的PLC控制器通過OPC協議進行信息交互，所述的工控機設置有 OPC客戶端，所述的PLC控制器設置有OPC服務器端，所述的工控機通過OPC客戶端向PLC 控制器的OPC服務器端寫入和讀取指令以實現對三割炬切割機器人切割過程的控制。本發明還提供了對上述基于OPC協議的三割炬切割機器人控制系統的控制方法， 它包括如下步驟(a)、建立連接步驟所述的工控機通過OPC客戶端向PLC控制器的OPC服務器端 發送使能信號，所述的OPC服務器端對接收的信號進行響應；(b)、切割參數設定步驟根據待切割物的大小、形狀、材質以及切割機器人的初始 位置情況設定切割機器人各軸點動值、各軸應移動值以及各電磁閥的開關值進行設定；(C)、軸點動步驟上電啟動工作，所述的OPC客戶端向所述的OPC服務器端寫入各 個軸點動值，所述的OPC服務器端讀取信息并通過PLC控制器轉換成相應的能夠驅動各伺 服電機運轉的電信號，從而使得機器人各軸移動到相應的位置，進入步驟；(d)、切割步驟所述的OPC客戶端向所述的OPC服務器端寫入設定的切割過程中 機器人各軸應移動值，所述的OPC服務器端依次讀取信息并轉換成相應的能夠驅動各伺服 電機運轉的電信號，從而實現機器人的移動，同時，所述的PLC控制器同時通過OPC服務器 端接收各電磁閥的開關值，所述的低壓氧電磁閥與高壓氧電磁閥先受驅動進行點火預熱， 接著所述的穿孔電磁閥受驅動進行穿孔定位，然后所述的切割電磁閥受驅動配合機器人的 移動以實現切割作業。由于上述技術方案的采用，本發明與現有技術相比具有以下優點本發明三割炬 切割機器人控制系統基于OPC協議進行信息交互，一方面保證了控制的精度，另一方面使 得機器人的動作更加智能化，具有較大的推廣應用價值。


附圖1為本發明切割機器人控制系統實現原理框圖；附圖2為本發明切割機器人控制系統控制方法總流程圖；附圖3為本發明控制方法中寫入各軸移動值中斷控制流程圖；附圖4為本發明控制方法中寫入各電磁閥開關值中斷流程圖；其中1、伺服電機；11、X軸伺服電機；12、X軸伺服電機；13、Y軸伺服電機；14、Z 軸伺服電機；15、旋轉軸伺服電機；2、電磁閥；21、穿孔氧電磁閥；22、切割氧電磁閥；23、低壓氧電磁閥；24、高壓氧電磁閥；3、PLC控制器；31、OPC服務器端；4、工控機；41、OPC客戶 端；
具體實施方式

下面結合附圖對本發明優選實施例進行詳細說明如圖1所示的三割炬切割機器人控制系統，其主要包括工控機4、PLC控制器3、與 PLC控制器5相控制連接的用于驅動機器人進行空間運動的驅動機構以及用于控制切割過 程的多個電磁開關，其中，工控機4與PLC控制器3之間通過OPC協議進行數據通信，具體 地，在工控機4上設置有OPC客戶端41，在PLC控制器3上設置有OPC服務器端31，通過 OPC客戶端41與OPC服務器端31的通信，實現工控機4對PLC的讀寫控制。工控機4還設 置有人機界面42，本實施例中，人機界面42采用五線電阻式型觸摸屏，通過該通過觸摸屏 來進行切割過程的操作與控制。所述的驅動機構主要由控制機器人進行空間各方向運動的伺服電機1以及用于 驅動伺服電機的驅動器構成，具體地，伺服電機1主要包括用于驅動機器人在X軸方向移動 的兩個X軸伺服電機11、12，用于驅動機器人在Y軸方向移動的Y軸伺服電機13、用于驅動 機器人在Z軸方向移動的Z軸伺服電機14以及用于驅動機器人在Z軸方向進行旋轉的旋 轉伺服電機15，上述X軸、Y軸、Z軸定義為空間上兩兩相垂直連接的直線。各伺服電機的 輸入端分別連接有一驅動器，驅動器與PLC控制器3之間相串口通信連接。所述的電磁開關主要為電磁閥，本實施例中，電磁閥2有多個，其主要包括與機器 人穿孔氧氣送氣管相連接的穿孔氧電磁閥21、與切割氧氣送氣管相連接的切割氧電磁閥 22、用于控制氣壓的低壓氧電磁閥23和高壓氧電磁閥24，通過控制各電磁閥的開關時間控 制與各送氣管相連接的氣體噴嘴氣流量的大小，從而控制切割的過程。本發明還提供了對上述控制系統進行控制的方法，如圖2所示，其主要包括如下 步驟(a)、建立連接步驟所述的工控機4通過OPC客戶端41向PLC控制器3的OPC服 務器端31發送使能信號，所述的OPC服務器端31對接收的信號進行響應；(b)、切割參數設定步驟根據待切割物的大小、形狀、材質以及切割機器人的初始 位置情況設定切割機器人各軸點動值、各軸應移動值以及各電磁閥的開關值進行設定；(c)、軸點動步驟上電啟動工作，所述的OPC客戶端41向所述的OPC服務器端31 寫入各個軸點動值，所述的OPC服務器端31讀取信息并通過PLC控制器3轉換成相應的能 夠驅動各伺服電機運轉的電信號，從而使得機器人各軸移動到相應的位置，進入步驟(d)；(d)、切割步驟所述的OPC客戶端41向所述的OPC服務器端31寫入設定的切割 過程中機器人各軸應移動值，所述的OPC服務器端31依次讀取信息并轉換成相應的能夠驅 動各伺服電機運轉的電信號，從而實現機器人的移動，同時，所述的PLC控制器3同時通過 OPC服務器端31接收各電磁閥的開關值，所述的低壓氧電磁閥23與高壓氧電磁閥24先受 驅動進行點火預熱，接著所述的穿孔電磁閥21受驅動進行穿孔定位，然后所述的切割電磁 閥22受驅動配合機器人的移動以實現切割作業。在切割過程中，該方法還包括寫入各軸移動值中斷控制步驟以及寫入各電磁閥開 關值中斷步驟。其中，寫入各軸移動值中斷步驟過程如圖3所示，當OPC服務器端接收到中斷寫入各軸移動值的指令后，所述的PLC控制器先中斷寫入切割氧電磁閥值，然后再關閉預熱氧電磁閥值，停止切割并下電；寫入各電磁閥開關值中斷控制步驟如圖4所示，當OPC 服務器接收到中斷寫入各電磁閥開關值的指令后，所述的PLC控制器判斷各軸移動值是否 完全寫入，若是，則直接停止切割并下電；若否，則繼續寫入各軸移動值，再停止切割并下電。
下面將對上述流程具體實現進行詳細說明當需要進行切割作業時，首先要進行工控機與PLC控制器的通信連接，也就是要 進行OPC客戶端與OPC服務器端的連接，本實施例中，OPC客戶端首先向OPC服務器端發送 一個25Hz矩形使能脈沖，然后OPC客戶端對OPC服務器端20ms寫一次。OPC服務器端采用 頻率為25Hz矩形脈沖進行檢測，從而觸發響應，建立連接。當工控機與PLC建立連接后，就可進行機器人運動的控制，首先OPC客戶端登錄 到服務器端，控制上、下電實現伺服電機松抱間，然后通過OPC客戶端向OPC服務器端寫入 機器人各軸應點動值，使各個軸移動到相應的位置。此過程中，OPC客戶端和OPC服務器端 20ms連接一次，當點動值讀寫完成后，OPC客戶端向OPC服務器寫入運動指令，OPC客戶端 將X軸移動值寫入到OPC服務器端，實現機器人在X方向的移動距離。OPC客戶端將Y軸 值寫入到OPC服務器端，實現機器人在Y方向的移動距離。OPC客戶端將Z軸值寫入到OPC 服務器端，實現機器人在Z方向的移動距離。OPC客戶端將旋轉軸值寫入到OPC服務器端， 實現機器人在ζ方向的旋轉。該過程中，OPC客戶端和OPC服務器端20ms寫入一次。OPC客戶端和OPC服務器端連接控制燃氣電磁閥控制的實現過程為由于切割機 器人在切割時，首先要進行點火，所有首先寫入開關指令，來控制機器人點火裝置的開關。 然后，寫入控制加熱氧電磁閥的開關指令，來控制低加熱氧電磁閥開關。接著，對高加熱氧 電磁閥開關進行控制。由于三割炬切割機器人有三個切割槍，點火后首先穿孔，然后才能切 害I]，因此，最后依次通過寫入控制穿孔氧電磁閥以及切割氧電磁閥開關指令來控制其穿孔 氧電磁閥和切割氧電磁閥開關。上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人 士能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍，凡根據本發明 精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
權利要求
一種基于OPC協議的三割炬切割機器人控制系統，其特征在于它包括，伺服電機(1)，所述的伺服電機(1)用于驅動三割炬切割機器人進行空間運動，包括用于驅動切割機器人在X軸方向運動的X軸伺服電機(11、12)、用于驅動切割機器人在Y軸方向運動的Y軸伺服電機(13)、用于驅動切割機器人在Z軸方向上的Z軸伺服電機(14)以及用于驅動切割機器人在Z軸方向旋轉的旋轉軸伺服電機(15)，所述的X軸、Y軸、Z軸定義為在空間上兩兩相垂直的直線；電磁閥(2)，所述的電磁閥(2)用于控制切割機人各送氣管開關狀態以進行切割動作，包括與穿孔氧氣送氣管相連接的穿孔氧電磁閥(21)、與切割氧氣送氣管相連接的切割氧電磁閥(22)、用于控制氣壓的低壓氧電磁閥(23)和高壓氧電磁閥(24)；PLC控制器(3)，其與所述的各伺服電機(1)和各電磁閥(2)相通信連接，所述的PLC控制器(3)用于向伺服電機(1)和電磁閥(2)輸入控制指令以進行相應的動作；工控機(4)，其與所述的PLC控制器(3)通過OPC協議進行信息交互，所述的工控機(4)設置有OPC客戶端(41)，所述的PLC控制器(3)設置有OPC服務器端(31)，所述的工控機(4)通過OPC客戶端(41)向PLC控制器(3)的OPC服務器端(31)寫入和讀取指令以實現對三割炬切割機器人切割過程的控制。
2.根據權利要求1所述的基于OPC協議的三割炬切割機器人控制系統，其特征在于 所述的工控機(4)設置有人機界面(42)，通過所述的人機界面(42)設定和輸入控制信息。
3.根據權利要求2所述的基于OPC協議的三割炬切割機器人控制系統，其特征在于 所述的人機界面(42)為五線電阻式型觸摸屏。
4.根據權利要求1所述的基于OPC協議的三割炬切割機器人控制系統，所述的PLC控 制器⑶與各伺服電機⑴相串口通信連接，所述的PLC控制器(3)與各電磁閥(2)也相 串口通信連接。
5.一種如權利要求1所述的基于OPC協議的三割炬切割機器人控制系統的控制方法， 其特征在于它包括如下步驟(a)、建立連接步驟所述的工控機(4)通過OPC客戶端(41)向PLC控制器(3)的OPC 服務器端(31)發送使能信號，所述的OPC服務器端(31)對接收的信號進行響應；(b)、切割參數設定步驟根據待切割物的大小、形狀、材質以及切割機器人的初始位置 情況設定切割機器人各軸點動值、各軸應移動值以及各電磁閥的開關值進行設定；(c)、軸點動步驟上電啟動工作，所述的OPC客戶端(41)向所述的OPC服務器端(31) 寫入各個軸點動值，所述的OPC服務器端(31)讀取信息并通過PLC控制器(3)轉換成相應 的能夠驅動各伺服電機運轉的電信號，從而使得機器人各軸移動到相應的位置，進入步驟 (d)；(d)、切割步驟所述的OPC客戶端(41)向所述的OPC服務器端(31)寫入設定的切割 過程中機器人各軸應移動值，所述的OPC服務器端(31)依次讀取信息并轉換成相應的能夠 驅動各伺服電機運轉的電信號，從而實現機器人的移動，同時，所述的PLC控制器(3)同時 通過OPC服務器端(31)接收各電磁閥的開關值，所述的低壓氧電磁閥(23)與高壓氧電磁 閥(24)先受驅動進行點火預熱，接著所述的穿孔電磁閥(21)受驅動進行穿孔定位，然后所 述的切割電磁閥(22)受驅動配合機器人的移動以實現切割作業。
6.根據權利要求5所述的控制方法，其特征在于整個過程中，所述的OPC客戶端的讀寫頻率為20毫秒/次，所述的0PC服務器端讀寫頻率也為20毫秒/次。
7.根據權利要求5所述的控制方法，其特征在于在切割過程中，還設置有寫入各軸移 動值中斷控制步驟，當0PC服務器端接收到中斷寫入各軸移動值的指令后，所述的PLC控制 器先中斷寫入切割氧電磁閥值，然后再關閉預熱氧電磁閥值，停止切割并下電。
8.根據權利要求5或7所述的控制方法，其特征在于在切割過程中，還設置有寫入各 電磁閥開關值中斷控制步驟，當0PC服務器接收到中斷寫入各電磁閥開關值的指令后，所 述的PLC控制器判斷各軸移動值是否完全寫入，若是，則直接停止切割并下電；若否，則繼 續寫入各軸移動值，再停止切割并下電。
全文摘要
本發明涉及一種基于OPC協議的三割炬切割機器人控制系統，它包括工控機、PLC控制器、伺服電機、氧氣電磁閥，工控機設置有OPC客戶端，PLC控制器設置有OPC服務器端，OPC客戶端通過向OPC服務器端寫入和讀取指令，來控制三割炬切割機器人運動，并進行三割炬火焰切割。本發明三割炬切割機器人控制系統基于OPC協議進行信息交互，一方面保證了控制的精度，另一方面使得機器人的動作更加智能化，具有較大的推廣應用價值。
文檔編號B23K7/00GK101870025SQ201010159200
公開日2010年10月27日 申請日期2010年4月23日 優先權日2010年4月23日
發明者張傳根, 朱偉, 郭祖魁, 齊榮懷 申請人:昆山工研院工業機器人研究所有限公司