電腦視窗界面的多工控制系統的製作方法
2023-05-29 21:58:26 1
專利名稱：電腦視窗界面的多工控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電腦視窗界面的多工控制系統，此控制系統使用一工業用電腦(Industry Personal Computer；IPC)和一數字控制器(Numerical Controller；NC)，利用視窗圖示軟體的作業系統，將所需的動作藉由單一命令的控制系統加以完成。
一臺機器的質量，除了機械精度之外，電控系統佔了重要部份，良好的電控系統，除了速度、精度之外，維修及操作性能也是很重要的。目前產業界對於焊線機的要求愈來愈高，不但要求速度快，精確度高，在操作與維修上也要求簡單、方便。
一般焊線機，大部分由單片機控制，其響應速度較慢，軟體的更新及升級須較多時間，且維護費時費力，快速多工控制系統可以符合焊線機的要求，且由於是利用個人電腦，不但在軟體或硬體上，都具有相當高的兼容性；又藉助數字控制器，更可適應快速響應方式。
本發明的目的，在於提供一種響應速度快的電腦視窗界面的多工控制系統。
為達到上述目的本發明採取如下措施首先，考慮的是控制器的選擇，由於目前的趨勢，以個人電腦所組成的控制器應為最好的選擇，因為個人電腦控制器有良好的兼容性，可使用的作業系統亦相當多，加上個人電腦的運算速度提高快，價格也適當，因此本發明採用個人電腦組成的控制器。
關於控制系統所使用的作業系統環境，我們選擇了視窗圖示軟體，原因很多，個人電腦，主要以磁碟作業系統(Disk Operating system；DOS)為主，但由於視窗圖示軟體強大的市場需求，且其操作命令的簡易性，加上磁碟作業系統的開發工作者日趨減少及其傳統存儲器640KB的限制，使較大的系統、程序無法在磁碟作業系統環境下執行；雖然，磁碟作業系統為因應此類問題，而發展了磁碟操作擴展系統(DOS Extender)，來消除傳統存儲器640KB的限制，但由於磁碟作業系統環境下開發的軟體，其人機操作方法，在短時間無法完成，但現階段，視窗圖示軟體已為我們提供了強大的人機界面操作模式，而不需再耗費龐大的研究經費進行程序的開發，此為本發明使用視窗圖示軟體的理由。
如前所述，本發明選擇了以個人電腦結構的工業電腦系統，內部的作業環境則為視窗圖示軟體，而操作界面則使用了數字控制器，將整個電控系統組成一統一整體，並將其模組化成一多工控制體系。且數字控制器是利用一串行通訊接口與工業用電腦來傳送數據及信號。為了使系統響應及時，工業用電腦中將即時作業系統的作業模式與本發明—快速多工控制系統組合於同一結構下。
本發明採取如下具體結構本發明的電腦視窗界面的多工控制系統，由一工業用電腦、一數字控制器及一串行通訊接口；藉由串行通訊接口進行數據傳輸；所述工業用電腦，負責人機界面處理、視覺系統、即時控制的輸出/入系統以及主控流程的控制，其包括一人機界面與視覺模組；一主控流程模組；以及一輸出/入接口存取即時控制系統模組，處理輸出/入控制與快速命令，並配合整體系統；所述數字控制器，負責輸出/入控制等工作，其包括一由數個微處理器構成的控制單元；一輸出/入與數字/模擬驅動器；以及一可控制單元；串行通訊接口，藉由一通訊標準RS-232及一總線，將工業用電腦與數字控制器中的數據及命令相互傳輸，以完成各部分間的數據傳輸。
本發明的多工控制系統的主要控制流程包括如下步驟啟動，進入初值設定模式；初值設定，於系統開始工作時必須的一些初始值的設定；初始值設定完成後，進入以下步驟；主控模式，為開始進入工作的控制模式，進入主要的工作命令的運算處理，而後進行以下步驟；焊接控制模組，對工作是否執行焊接做執行命令的傳輸控制，之後進行以下步驟；視訊控制模組，對系統做監視工作，以避免工作的失誤，之後進行以下步驟；統計控制模組，對工作進行數據統計，以了解工作執行的成效，之後進行以下步驟；驅動器控制模組，對驅動器進行控制，使所需動作的驅動器執行工作，之後進行以下步驟；饋線機控制模組，對饋線機工作的驅動器加以控制，以完成對饋線機的控制，接著進行以下步驟；負載控制模組，進行工作負載動作，即進行焊接，之後進行以下步驟；卸載控制模組，進行卸載動作，即離開焊接工作模式，之後進行以下步驟；通訊控制模組，通知系統工作完成與否，以使系統了解工作的情形狀況後，進行以下步驟；工作完成如為否，則流程回到主控模組階段，以進行下一工作步驟，而成一迴路持續進行工作命令；工作完成如為是，則進入結束步驟，即待機以等待下一個工作命令。
結合附圖及實施例，對本發明的電腦視窗界面的多工控制系統說明如下
圖1為本發明的一控制系統的電路方塊圖；圖2為本發明中一工業用電腦控制系統的電路方塊圖；圖3為本發明中一數字控制器系統的電路方塊圖；圖4為本發明的主要控制流程的示意圖；本發明的多工控制系統，為一種電控系統，如圖1所示，該系統分成兩部份，一為工業用電腦(Industry Personal Computer；IPC)1，另一為數字控制器(numerical Controller；NC)2；工業用電腦1負責處理人機界面、視覺系統、即時控制的輸出/入系統以及主控流程控制的問題，而數字控制器2負責運動控制及輸出/入的問題，工業用電腦1與數字控制器2之間的界面聯絡則利用串行通訊接口，並運用即時系統(Real Time Extension；RTX)作為快速命令的傳送。
圖1中的工業用電腦1可劃分成三個部份人機界面與視覺模組11、主控流程模組12以及輸出/入接口存取即時控制系統模組13，這三個部份之間相互連接，以進行數據交換。
圖1中的人機界面與視覺模組11負責人機界面與影像部份的處理；人機界面部份包括檔案管理，元件與機械位置的教導模式，自動、單線或手動等模式的切換，系統參數—機械位置的設定與修改，產品相關參數設定與修改，其中包括焊線參數(Bonding parameter)與教導參數(Teach parameter)等，以及統計資料；計算檢測功能，包括軟硬碟的控制、輸出/入與隨機存取存儲器(Random AccessMemory；RAM)的檢查、自我校調等；加上一些快速鍵，包括啟動、暫停，以及常用的按鍵，這些即工業用電腦人機界面11的主控功能。而在影像處理的功能部份則有影像的顯示，包括灰階顯示、二值化顯示、連續取像、凍結影像及影像處理等，其包括模板比較(PatternMatch)、引導定位(Lead Locator)以及精度校調(Calibration)等，且視覺控制模組與人機界面同屬相同行程；而其軟體結構以程序語言C++加以完成。
圖1中的主控流程模組12負責主控流程的控制，包括錯誤訊息處理模組，焊接順序控制模組，通訊控制模組及產生稼動率模組等，主控流程模組12與數字控制器2利用串行通訊接口傳輸數據來溝通訊息，而其控制軟體部份由程序語言C++來完成，並於即時系統RTX的視窗圖示環境中執行工作。
圖1中的輸出/入接口存取即時控制系統模組13負責即時控制系統部份，其軟體也以程序語言C++來完成，系統環境則為即時系統環境，此種作業環境可使整個系統達到非常精準的即時控制，用於輸出/入接口的存取，快速命令的輸出/入，及與數字控制器2的聯繫等，都能達到所需的控制要求。
主控流程模組12和人機界面與視覺模式11，輸出/入接口存取即時控制系統模組13，利用檔案繪製(File Mapping)與共用存儲器(ShareMemory)技術彼此傳送數據。
如圖2所示，圖2為圖1中工業用電腦1更詳細的電路方塊圖，其中，視訊卡21為相應於圖1中的人機界面與視覺模組11，如前所述，負責人機界面與視覺處理，其連接一監視器24(Monitor)，用於顯示系統狀況，使操作者能藉由監視器24知道系統目前的狀況，並加以控制。圖2中的主機板22相應於圖1中的主控流程模組12，負責處理主要流程的控制，將操作者所需要的數據與所要下的命令，與內部命令、數據的處理，做最有效率的控制。一般主機板內含有一中央控制單元(Central Processing Unit；CPU)，即通稱為微處理器，並配備32百萬位元的存儲器，與數個總線(BUS)供界面卡使用以提高其效能，且利用輸出/入界面卡連接鍵盤26、遊標控制器27，並使用軟、硬碟作為數據存取單元25。圖2中的輸出/入接口23為相應於圖1中的即時控制模組13，於即時系統環境中處理輸出/入控制與快速命令，並配合整體系統。
在本實施例中，本發明採用視窗圖示軟體的作業系統，視訊卡21則採用目前市面上的一般視訊卡，配合其所提供的驅動軟體，作為取像顯示與影像處理之用，而在輸出/入接口23的控制方面，藉由即時系統功能，可直接設定時間—岔斷控制與直接對輸出/入接口的數據存取。
如圖3所示，圖3為本發明中的數字控制器的電路方塊圖，其中設有一控制單元31，利用數個以千位元為單位的微處理器負責執行主要的運算處理工作，而在本發明中則利用五個68千位元的微處理器；一個主控單元301，即為一微處理器負責控制有關通訊與元件程序組譯的工作。另外有第一與第二伺服電動機的控制情形，而其取樣時間為0.4ms。剩下的兩個微處理器，其中一為步進電動機控制單元303，其用於控制一九軸的步進電動機的工作，另一個為可編程邏輯控制單元302，用於可編程邏輯控制的操作模式，並加快掃描時間至1ms，以使順序控制響應加快。
除了負責主要控制的主控單元301的微處理器，是利用串行通訊接口與工業用電腦傳輸數據，並將另外可編程邏輯單元302、步進電動機控制單元303、與第一及第二伺服電動機控制單元304、305等四個微處理器的工作組合運算處理外，此四個粒處理器並利用一輸出/入與數字/模擬驅動器306，來跟其他各個單元進行數據傳輸，其中有放電控制器307、光源控制器308、步進電動機驅動器309、伺服電動機與編碼驅動器310、處理顯示面板單元312、進出料二軸步進單元313、對單軸伺服與六軸步進的進給單元314、單軸焊線頭控制單元315及向量X-Y平臺控制單元316，並藉由此輸出/入與數字/模擬驅動器306來與工業用電腦聯絡溝通；其中步進電動機驅動器309也與進出料二軸步進單元313和對單軸伺服與六軸步進的進給單元314有通訊聯繫；且其中伺服電動機與編碼驅動器310也與對單軸伺服與六軸步進的進給單元314和單軸焊線頭控制單元315及向量X-Y平臺控制單元316有通訊聯繫，至於棋盤式位置控制單元311也受伺服電動機與編碼驅動器310所控制。
如圖4所示，圖4為本發明實施例中的主要控制流程示意圖，其中系統在開始執行工作401後，首先開始執行初值檢測設定402的工作，完成步驟402後，進行主控模組步驟403，而後進行焊接控制模組步驟404，再執行視訊控制模組步驟405，之後，執行統計控制模組步驟406，完成統計後，進行驅動器控制模組步驟407，完成驅動工作，進行饋線機控制模組步驟408，而後，執行進料控制模組步驟409，再經出料控制模組步驟410後，進行通訊控制模組步驟411，至此，整個流程階段完成；在經工作是否結束的詢間步驟412後，如果繼續執行工作，則流程重新回到主控模組步驟403，繼續重複執行工作，不然則進入結束步驟413。
與現有技術相比，本發明具有如下效果由於本發明採用個人電腦組成的控制器，並將整個電控系統組成一統一整體，並將其模組化成一多工控制體系，且數字控制器利用一串行通訊接口與電腦來傳送數據及信號；系統響應及時，響應速度快，精確度高，操作與維修方便。
以上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，並不以此限定本發明所保護的範圍。
權利要求
1.一種電腦視窗界面的多工控制系統，由一工業用電腦、一數字控制器及一串行通訊接口；藉由串行通訊接口進行數據傳輸；所述工業用電腦，負責人機界面處理、視覺系統、即時控制的輸出/入系統以及主控流程的控制，其包括一人機界面與視覺模組；一主控流程模組；以及一輸出/入接口存取即時控制系統模組，處理輸出/入控制與快速命令，並配合整體系統；所述數字控制器，負責輸出/入控制等工作，其包括一由數個微處理器構成的控制單元；一輸出/入與數字/模擬驅動器；以及一可控制單元；串行通訊接口，藉由一通訊標準RS-232及一總線，將工業用電腦與數字控制器中的數據及命令相互傳輸，以完成各部分間的數據傳輸。
2.根據權利要求1所述的多工控制系統，其特徵在於，所述工業用電腦內部的人機界面與視覺功能模組，利用一視訊卡及一監視器顯示系統狀況，視訊卡及監視器相連接。
3.根據權利要求1所述的多工控制系統，其特徵在於，所述工業用電腦內部的主控流程模組，運用一主機板，其中內含一中央控制單元，加上以百萬位元為單位的存儲器，及數個總線插槽供界面卡使用，並將操作者所需要的數據與命令，配合內部命令、數據的處理，將正在執行的工作組合運算。
4.根據權利要求3所述的多工控制系統，其特徵在於，所述主控流程模組，運用主機板及數個總線插槽，藉由所述界面卡連接鍵盤、遊標控制器，並使用軟、硬碟儲存數據。
5.根據權利要求1所述的多工控制系統，其特徵在於，所述工業用電腦內部的人機界面與視覺模組、主控流程模組及輸出/入接口存取即時控制模組之間的通訊數據，通過共用存儲器完成，主要於二者之間產生一共用數據區，使用者只需對共用數據區讀寫即可，其餘工作則由共用存儲器工作模式處理。
6.根據權利要求1所述的多工控制系統，其特徵在於，所述工業用電腦內的人機界面與視覺模組、主控流程模組及輸出/入接口存取即時控制模組，三者之中，其內部的工作控制皆利用軟體處理，軟體程序使用低階程序語言。
7.根據權利要求1所述的多工控制系統，其特徵在於，所述數字控制器內部設有一控制單元，由數個68千位元的微處理器構成，其中一個負責主要控制有關通訊與元件程序組譯工作；另一個負責可編程邏輯控制工作；另一個微處理器控制步進電動機；另有兩個微處理器分別負責第一與第二伺服電動機的動作。
8.根據權利要求1所述的多工控制系統，其特徵在於，所述數字控制器內設有一輸出/入與數字/模擬驅動器，其將可編程邏輯控制單元的微處理器與步進電動機控制單元的微處理器及兩個伺服電動機控制單元的微處理器加以組合，並與可控制單元中的元件相互聯接協調。
9.根據權利要求8所述的多工控制系統，其特徵在於，所述數字控制器內的一輸出/入與數字/模擬驅動器，將可編程邏輯控制單元與步進電動機控制單元及伺服電動機控制單元的控制命令，加以組合併使所述可控制單元中的元件達到所需動作，可控制單元包括一放電控制器，經由控制做放電動作；一光源驅動器，經由控制做發光動作；一步進電動機驅動器，經由控制驅動電動機；一伺服與編碼驅動器，經由控制驅動伺服電動機動作並進行編碼；一處理顯示面板單元，以顯示工作狀況；一進出料二軸步進單元，經由控制驅動二軸步電動機做進出料動作；一對單軸伺服與六軸步進的進給單元，經由控制驅動伺服電動機與步進電動機，完成進給動作；一向量X-Y平臺控制單元，經由控制驅動向量X-Y平臺，使其做平面運動；一棋盤式位置控制單元，其配合伺服與編碼驅動器。
10.一種適合於權利要求1-9所述的多工控制系統的主要控制流程包括如下步驟啟動，進入初值設定模式；初值設定，於系統開始工作時必須的一些初始值的設定；初始值設定完成後，進入以下步驟；主控模式，為開始進入工作的控制模式，進入主要的工作命令的運算處理，而後進行以下步驟；焊接控制模組，對工作是否執行焊接做執行命令的傳輸控制，之後進行以下步驟；視訊控制模組，對系統做監視工作，以避免工作的失誤，之後進行以下步驟；統計控制模組，對工作進行數據統計，以了解工作執行的成效，之後進行以下步驟；驅動器控制模組，對驅動器進行控制，使所需動作的驅動器執行工作，之後進行以下步驟；饋線機控制模組，對饋線機工作的驅動器加以控制，以完成對饋線機的控制，接著進行以下步驟；負載控制模組，進行工作負載動作，即進行焊接，之後進行以下步驟；卸載控制模組，進行卸載動作，即離開焊接工作模式，之後進行以下步驟；通訊控制模組，通知系統工作完成與否，以使系統了解工作的情形狀況後，進行以下步驟；工作完成如為否，則流程回到主控模組階段，以進行下一工作步驟，而成一迴路持續進行工作命令；工作完成如為是，則進入結束步驟，即待機以等待下一個工作命令。
全文摘要
一種電腦視窗界面的多工控制系統,由一工業用電腦、一數字控制器及一串行通訊接口;工業用電腦包括:一人機界面與視覺模組,一主控流程模組以及一輸出/入接口存取即時控制系統模組,處理輸出/入控制與快速命令,並配合整體系統的控制;數字控制器包括:一控制單元,一輸出/入與數字/模擬驅動器,一由數個元件構成的可控制單元;串行通訊接口藉由一通訊標準接口RS－232及一總線,進行工業用電腦與數字控制器中的數據及命令的傳輸。
文檔編號G06F19/00GK1255684SQ9812516
公開日2000年6月7日 申請日期1998年11月30日 優先權日1998年11月30日
發明者許文通, 郭文章, 王國光, 葉昭蘭 申請人:財團法人工業技術研究院