一種基于混合通信模式的三維虛擬測控方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是機電控制系統技術領域，具體涉及一種基于無線網絡和現場總線網絡一體化混合通信的三維虛擬控制方法。。
【背景技術】
[0002]現代大規模生產系統中，機電裝備在運行過程中的隨動操作與控制通常需要眾人協作來完成，通過操作人員與裝備執行機構運行目標位置觀測人員的相互合作，實現大型機電裝備在生產過程中安全、穩定地運行，其特點是勞動強度大，生產成本高，而且人為因素造成生產效率低、安全系數小。
[0003]在大型零部件的生產加工過程中，需要對工件的加工工藝過程實時跟蹤監測和檢測，鑒于零件所占空間較大，工作人員在操作生產裝備對零件加工時無法實時檢查工件的加工全貌，更不便檢測零件加工精度，因此需要在操作生產裝備的同時，間歇對加工目標進行巡檢，費時又費力，嚴重影響生產效率，工作效率比較低。針對這些問題，需要一種能夠對大型零部件加工過程進行操控和檢測同步的控制方法，用以提高生產效率，加快加工進度。
[0004]對大型機電裝備的遠程操作與控制方法很多，常見的方法是將控制模塊集中布置，通過控制繼電模塊完成各控制點執行機構的動作或直接通過開關控制執行機構;裝備的操作需要一個或幾個工作人員，同時分布在工作空間內執行機構的工作情況需要多個工人實時觀察并告知操作人員。近來，為了提高操作效果，攝像頭被用于大型機電裝備的操作與控制系統中，在大型機電裝備各執行機構分布點上安裝攝像頭，可同步觀察，但無法實時檢測控制效果，且由于攝像頭角度問題，給觀察帶來諸多不便；目前也有使用移動終端控制大型機電裝備的案例，但是移動端功能比較簡單，僅僅是將電腦端的操控方式移植到了移動設備上，功能僅僅是控制設備，并不能顯示設備和工件的實時信息。另外，具有移動端控制系統的機電設備，其移動端控制系統不具有三維動態顯示功能，不能在移動控制端觀察到工件的實時加工信息。
【發明內容】
[0005]針對現有技術上存在的不足，本發明目的在于提供一種基于混合通信模式的三維虛擬測控方法，結構設計合理，解決了大型機電裝備運行過程中操作與控制工作量大、工作人員需求多、無法實時反映機電裝備運行參數及生產產品參數等問題，通過可動態刷新的三維虛擬模型與現場大型機電裝備和生產過程實時聯動和進行同步檢測，大大提高控制和生產效率，降低了勞動量。
[0006]為了實現上述目的，本發明是通過如下的技術方案來實現:一種基于混合通信模式的三維虛擬測控方法，包括微軟移動操作系統的移動終端設備、現場大規模機電生產系統三維虛擬模型、運行于移動終端設備的網絡化測控系統、針對動態三維模型和測控虛擬儀器的移動終端數據管理器、用于實現網絡數據和移動終端數據緩沖區進行數據交換的數據耦合器、用于實現無線網絡與現場總線網絡耦合的網絡轉換模塊組、用于信息和數據交換及控制指令發送的網絡協議集，移動終端設備包括三維虛擬測控系統和混合通信網絡管理模塊，移動終端發送下行數據并通過網絡轉換模塊組中的各模塊通過現場總線與安裝在需要檢測和控制的大規模機電生產系統中的檢測和控制節點連接，多個控制節點組成一組控制節點陣列，機電設備上安裝的多個傳感器節點組成一組傳感器陣列，傳感器陣列通過網絡轉換模塊將檢測數據發送給移動終端設備。
[0007]作為優選，所述的三維虛擬模型通過測量和查詢獲得現場設備的結構參數，在三維建模軟件中建立，包括大型機電裝備的運行動畫和生產過程工件工藝過程動畫，另外獲取工件的未加工前和加工目標尺寸參數，同時制作工件在加工過程中的加工動畫，針對某些關鍵加工細節建立專門的細節模型和工作動畫，以上動畫隨生產現場參數的變化而變化。
[0008]作為優選，所述的三維虛擬測控系統包括測控系統前臺界面和測控系統后臺模塊兩部分，測控系統前臺界面為用戶操作界面，用戶操作界面嵌入有生產裝備和工件的三維模型，測控系統前臺界面設置有必要的按鈕菜單等基本用戶接口元素，并結合現有的虛擬儀器技術，用戶操作界面包含了如數值曲線、數字儀表、指示燈等虛擬儀器控件，當用戶需要時為用戶顯示設備的運行數據和工件的精確加工數據;測控系統后臺模塊包括數據緩沖區通道配置模塊、數據處理模塊、三維模型驅動模塊、虛擬儀器數據通道配置模塊和操作響應模塊，測控系統前臺界面通過交互接口函數與測控系統后臺模塊完成信息和數據的交換。
[0009]作為優選，所述三維虛擬測控系統平臺和生產裝備上的測控節點進行的數據交換需要遵從一定的信息和數據交換協議，所述信息和數據交換協議用于數據分配和傳輸，在需要監測和控制的大型機電裝備上根據需要配置有傳感器節點組和控制節點組，信息和數據交換協議將眾多的傳感器節點和控制節點定義為一組傳感器陣列和控制節點陣列，每個陣列節點都與現場總線數據通道相連接，來自每個陣列節點的上行數據按照信息和數據交換協議進行打包，通過無線網絡和現場總線網絡轉換器，發送給移動終端三維虛擬測控系統；下行數據控制協議定義了移動終端測控系統發送的數據通過網絡轉換器組后，分發給對應的測控節點，從而控制傳感器節點陣列和控制節點陣列完成預定的測控任務。
[0010]本發明的有益效果:1、本方法基于無線網絡和現場總線網絡，將控制系統操作和檢測終端安裝在移動設備上，操作員可以方便地手持移動設備在操作大型機電裝備時近距離觀察執行機構空間位置或被加工工件周圍加工情況，解決了工作人員勞動強度大、勞動人員過多的問題，降低了生產成本；
2、在移動設備上實現機電裝備或生產系統在線測量并通過三維虛擬場景動態刷新，比現有的移動設備控制機械的表現方式更加直觀，并且在移動設備上也能實時反映機電裝備運行機構的空間位置信息以及加工工件的加工狀態，通過三維模型和虛擬儀器單元同步反映出來，可更安全、可靠地操作和控制大型機電裝備，提高了生產效率。
【附圖說明】
[0011]下面結合附圖和【具體實施方式】來詳細說明本發明；
圖1為本發明的總體系統框圖；
圖2為本發明移動端三維數據驅動工作原理圖； 圖3為本發明基于混合通信模式的三維虛擬控制的總體數據交換示意圖；
圖4為本發明模型映射關系與測控信息及數據流圖；
圖5為本發明的運行流程圖。
[0012]
【具體實施方式】
[0013]為使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合【具體實施方式】，進一步闡述本發明。
[0014]參照圖1-5，【具體實施方式】采用以下技術方案:一種基于混合通信模式的三維虛擬測控方法，包括移動終端設備、現場大規模機電生產系統三維虛擬模型、運行于移動終端的網絡化測控系統、針對動態三維模型和測控虛擬儀器的移動終端數據管理器、用于實現網絡數據和移動終端數據緩沖區進行數據交換的數據耦合器、用于實現無線網絡與現場總線網絡耦合的網絡轉換模塊組、用于信息和數據交換及控制指令發送的網絡協議集。移動終端設備包括三維虛擬測控系統和混合通信網絡管理模塊，移動終端發送下行數據并通過網絡轉換模塊組中的各模塊通過現場總線與安裝在需要檢測和控制的大規模機電生產系統中的檢測和控制節點連接，多個控制節點組成一組控制節點陣列，機電設備上安裝的多個傳感器節點組成一組傳感器陣列，傳感器陣列通過網絡轉換模塊將檢測數據發送給移動終端設備。
[0015]本【具體實施方式】開發的系統基于嵌入式移動終端操作系統平臺，可運行于安裝了相應操作系統的移動設備上，移動設備可采用平板電腦；當大型機電生產系統運行時，位于移動終端上的系統控制模塊需要與生產系統中機電設備上的下位機控制單元實時進行指令發送和運行狀態監測等數據和信息交換，并存在多路數據，因此需要開辟多個虛擬數據管道，便于數據的傳輸和分析;移動終端設備能與設備上安裝的下位機測控單元進行數據交互，其中網絡轉換器組是重要的數據傳輸中繼站，當系統啟動時，移動終端設備會根據預先的設置通過無線網絡自動連接到生產現場配置的網絡轉換器組，生產現場的測控節點的檢測數據通過所連接的現場總線網絡發送至所在的無線與現場總線網絡轉換器，然后通過無線網絡發送至移動終端，通過移動終端設備對虛擬場景中現場設備的映像三維模型發送控制和檢測指令，指令通過網絡轉換平臺中相應的網絡轉換器發送給配置在機電生產系統中傳感器節點和控制節點。
[0016]值得注意的是，所述的三維虛擬模型通過測量和查詢獲得現場大型機電裝備的尺寸參數，在三維建模軟件中建模，包括大型機電裝備的運行動畫和生產過程工件工藝過程動畫，另外獲取工件的未加工前和加工目標尺寸參數，同時制作工件在加工過程中的加工動畫，針對某些關鍵加工細節建立專門的細節模型和工作動畫，以上動畫隨生產現場參數的變化而變化。
[0017]所述的三維虛擬測控系統包括測控系統前臺界面和測控系統后臺模塊兩部分，測控系統前臺界面為用戶操作界面，用戶操作界面嵌入有生產裝備和工件的三維模型，測控系統前臺界面設置有必要的按鈕菜單等基本用戶接口元素，并結合現有的虛擬儀器技術，用戶操作界面包含了如數值曲線、數字儀表、指示燈等虛擬儀器控件，當用戶需要時為用戶顯示