CN110226336B - 用于控制生产线和/或分配线的***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制多条线(10)的***(100)，其中各条线(10)是生产线和分配线至少之一，所述***(100)包括：第一子***(30)，以下称为“主控室子***”，其包括用于托管OPC UA服务器(45)的第一控制装置(40)；以及对于各条线(10)，具有第二子***(50)，以下称为“线控制子***”，其包括：(a)第二控制装置(60)，其中操作***运行在所述第二控制装置(60)上，所述第二控制装置(60)托管OPC UA客户端(65)；(b)至少一个现场装置(70)；以及(c)连接装置(80)，其被布置用于允许所述现场装置(70)和所述第二控制装置(60)之间的通信。所述现场装置(70)通过点到点数字通信接口而连接至所述第二控制装置(60)，所述第二控制装置(60)针对各现场装置(70)具有一个端口。

Description

用于控制生产线和/或分配线的***和方法
技术领域
本发明涉及用于控制多条线的***和方法，其中各条线是生产线、分配线或两者兼有。本发明可以用于但不限于诸如烟草、饮料或药品等的商品的工业生产或分配领域。
背景技术
工业中存在并实现了许多方法来控制生产线和分配线，不仅用于检测运输路径上出现的问题，而且还用于可靠地确定所生产或分配的物品的数量。特别地，这些方法中的一些方法被用于确保物品的正确分发或包装，或者用于允许对如此生产或分配的物品的准确记账或纳税核算。
摄像装置常用于控制自动化生产线上的物品的生产。例如，在装瓶线上，闪光灯(例如使用由用于检测物品的存在的激光触发装置控制的LED照明单元)照射在输送机上运输并标记有条形码(一维或二维条形码，诸如SKU码或数据矩阵等)的瓶子，并且数字照相机拍摄被照射瓶子的数字图像。闪光光源通常使用由用于检测物品的存在的激光触发装置控制的LED照明单元。然后，传统图像处理部件在物品的数字图像上自动检测包含条形码图案的关注区域，然后通过对检测到的条形码进行解码来识别该物品。这种识别例如可以用于根据瓶子的类型(或内容等)来正确地为瓶子贴标签。存在许多与图像处理相关的已知技术，其中这些技术可以用于根据标识符(包括物品识别数据)的数字图像来识别标记有该标识符的物品。
以上摄像装置或读取器可以适合于根据标识符所反射或发射的介于紫外(UV)和红外(IR)之间的任何光波长范围内的光来读取标识符。
还存在许多其它适合于不同类型的标识符的众所周知的技术。例如， RFID读取器适合于读取诸如附着至物品的RFID标记等的标识符，这些RFID 标记包括物品识别数据(可能已加密)。作为另一非限制性示例，标识符可以是磁标记，则相应的适合读取器是磁传感器类型。
因此，与使用什么具体类型的包括识别数据的标识符来标记生产线/分配线上所运输的物品无关地，使用适合类型的读取器来读取标识并向具有能够从读取器信号中提取识别数据的处理部件的控制器发送相应的读取器信号。
现有技术中还已知用于控制生产和分配线的其它技术。例如 WO 2016/155857 A1公开了用于独立操纵设备控制***的自适应过程控制***和方法，其中设备包括该设备的一个或多个操作单元的多个联锁元件。自适应处理控制***可由设备过程引擎访问，其中该设备过程引擎包括经由监控控制连接的设备控制器单元以及具有设备控制***的至少一个可编程逻辑控制器(PLC)的数据获取单元。设备和操作单元的操作通过可编程逻辑控制器(PLC)和联锁元件来控制。
DE 10 2014 114750 A1公开了一种用于操作具有经由基于SNMP的网络管理***其中之一中的IO-link连接的至少一个IO-link装置的IO-link通信***的方法和控制装置，其中通过被布置在SNMP装置中的委托代理来将 SNMP请求转换为IO-Link格式，或者通过被布置在SNMP装置中的委托代理经由至少一个SNMP请求来检测和/或操作至少一个IO-Link装置。
US 2014/303755 A1公开了一种机器，其包括：电气控制器，其被配置为控制该机器和/或该机器的至少一个元件；提供器单元，其被配置为向移动数据显示装置提供与电气控制器所控制的机器的状况和/或至少一个元件的状况相关的数据；以及通信装置，其被配置用于与移动数据显示装置的无线通信。
然而，特别是在使用附加的跟踪与追踪解决方案的情况下,生产线和分配线的控制在实现时通常受到工厂场地可用空间的限制。这意味着有限的空间可用来安装诸如控制柜等的控制设备、以及用以向现场装置提供电力并实现与这些装置的通信的布线。
考虑到需要提供更便宜的解决方案，需要不断地改进生产线和分配线的控制，从而需要尽可能少的空间。
发明内容
为了满足或至少部分满足上述目标，在独立权利要求中定义了根据本发明的***和方法。在从属权利要求中定义了具体实施例。
在一个实施例中，***旨在控制多条线，各条线是生产线、分配线或两者兼有。所述***包括：第一子***，这里称为“主控室子***”，其包括用于托管OPC UA服务器的第一控制装置。此外，对于各条线，所述***包括第二子***，这里称为“线控制子***”，其包括：(a)第二控制装置，其中操作***(OS)运行在所述第二控制装置上，所述第二控制装置用于托管 OPC UA客户端；(b)至少一个现场装置；以及(c)连接装置，其被布置用于允许所述至少一个现场装置和所述第二控制装置之间的通信。所述现场装置通过点到点数字通信接口而连接至所述连接装置，其中所述连接装置针对各现场装置具有一个端口。
这种***不需要针对各条线具有专门控制柜，因此与现有技术***相比，该***可能更便宜并且可能需要更少的空间和布线。
在一个实施例中，本发明还涉及一种用于控制多条线的方法，其中如上文所述，各条线是生产线、分配线或两者兼有。该方法包括操作如上所述的主控室子***和线控制子***。
附图说明
现在将结合附图来描述本发明的实施例，其中：
图1示意性地示出本发明的一个实施例中的用于控制生产线和/或分配线的***；
图2示意性地示出本发明的一个实施例中的用于控制生产线和/或分配线的***的硬件架构；
图3示意性地示出本发明的一个实施例中的***的线控制子***的结构；
图4从功能和软件的角度示意性地示出本发明的一个实施例中的用于控制生产线和/或分配线的***的控制架构；以及
图5是本发明的一个实施例中的计算单元的典型实现的示意图。
具体实施方式
现在将结合具体实施例来描述本发明。这些具体实施例用于向本领域技术人员提供更好的理解，但是不旨在限制由所附权利要求限定的本发明的范围。缩写及其含义的列表在具体实施方式的末尾提供。
图1示意性地示出用于控制多条线10的***100，其中各条线10是生产线、分配线或两者兼有。为了清楚起见，图1中仅示出一条线10。线10例如在输送机15上运载物品20(即物体或物件)，即物品20通过输送机15而移动。
物品20例如可以是，但不限于，一瓶或一罐啤酒、葡萄酒、烈性酒或软饮料；一包、一捆或一盒香烟或雪茄；药包；一瓶香水；或任何其它应税商品；钞票；有价证券；身份证件；卡；票；标签；防伪标签；安全箔；或安全线等。物品20可以至少在其一个部分、表面或一侧上承载用打印墨打印的可见或不可见机器可读代码。机器可读代码可被打印在置于物品20上的标签上，或者可被直接打印在物品20上(诸如在物品20的盖或胶囊等的上面)。机器可读代码可以例如是线性条形码或矩阵条形码，诸如QR码或数据矩阵等。机器可读代码通常用于物品20的识别和/或认证。
***100包括第一子***30，这里称为“主控室子***”30，其包括用于托管OPC UA服务器45的第一控制装置40。OPC UA是由总部设在美国亚利桑那州Scottsdale的OPC基金会规定的、用于特别是过程自动化中的制造商不相关(manufacturer-independent)通信的已知标准规范。在一个实施例中，主控室子***30被配置用于向各现场装置70供电。
另外，针对各条线10，存在第二子***50，这里称为“线控制子***” 50，其包括第二控制装置60、至少一个现场装置70、以及连接装置80。尽管图1中未示出，但是线控制子***50可以包括多个现场装置70，诸如两个、三个、四个、五个、十个或二十个现场装置70。
诸如Windows Embedded Standard 7的OS在第二控制装置60上运行。另外，第二控制装置60托管OPC UA客户端65。在一个实施例中，第二控制装置60 包括计算机、打印机或照相机。在一个实施例中，第二控制装置60具有对代码的机器可读表示进行解码的能力。在一个实施例中，第二控制装置60具有线性条形码识别能力和/或二维条形码识别能力。在一个实施例中，第二控制装置60具有数据矩阵码识别能力。在一个实施例中，第二控制装置60被配置用于监视现场装置70、并在检测到现场装置70处于异常状态时生成警报。第二控制装置60可以例如是便携式或袖珍式装置，而不是机架式***。
第二控制装置60可以包括用于远程控制现场装置70的操作(例如，调整其参数或处理来自其的图像数据等)、或者用于控制针对线10实现的整个跟踪与追踪解决方案的控制部件。在一个实施例中，第二控制装置60不是可编程逻辑控制器(PLC)。在一个实施例中，主控室子***30还被配置用于向第二控制装置60供电。
在一个实施例中，现场装置70包括被布置用于对代码的机器可读表示进行读取的读取器。读取器可以例如包括一个或多个图像传感器，并被配置为获取线10所运载的物品20的图像。在一个实施例中，读取器包括用以记录入射电磁能量的强度分布的一个或多个阵列CCD或CMOS检测器。在一个实施例中，读取器包括照相机。在一个实施例中，读取器位于线10上的打印机布置(图1未示出)之后(诸如紧接在打印机布置之后)，以确保打印的机器可读代码的可解码性(即确认其质量)。
连接装置80被布置用于允许现场装置70和第二控制装置60之间的通信。各现场装置70通过点到点数字通信接口而连接至连接装置80，其中连接装置 80针对各现场装置70具有一个物理端口，因此针对各现场装置70具有专门布线。在一个实施例中，点到点数字通信接口是IO-Link接口或IO-Link兼容的接口。关于与IO-Link有关的信息，请参见例如由位于德国卡尔斯鲁厄的 IO-Link Community发表的IO-Link Interface and SystemSpecification V1.1.2, July 2013(截至2016年12月23日，可从 http://www.io-link.com/share/Downloads/Spec-Interface/IOL-Interface-Spec_10 002_V112_Jul13.pdf检索)。
在图1所示的实施例的架构中，在第一控制装置40和第二控制装置60(其可以是智能照相机)之间分配控制，该控制在现有技术中通常由PLC组进行。因此，线10上无需具有机柜，并且需要较少的空间和布线。作为第二控制装置60，可以使用智能照相机来代替现有技术的PLC组。由于智能照相机通常没有输入/输出卡(与PLC相反)，因此用作IO-Link主控的连接装置80一方面用于与输入/输出卡和IO-Link装置70的接合，并且另一方面用于通过网络向智能照相机发送信息。作为智能照相机，可以例如使用来自总部设在中国台湾台北的ADLINK Technology Inc.的NEON-1020智能照相机(截至2016年12月23日，该产品的数据手册可以从以下网址获得： http://www.adlinktech.com/PD/marketing/Datasheet/NEON-1020/NEON-1020_ Datasheet_en_1.pdf)。
对(i)用于第一控制装置40和第二控制装置60之间的通信的OPC UA以及 (ii)用于向现场装置70的通信的诸如IO-Link等的点到点数字通信接口的组合使用是特别有利的。它便于主控室的第一控制装置40和多个第二控制装置 60(针对各条线一个第二控制装置60)之间的通信，同时相对于朝向各现场装置70的物理布线接口而言遮蔽第二控制装置60(如上文所述，可以是智能照相机)。由于针对各条线无需控制柜和PLC，因此***变得更简单且较不繁琐。将***配置为实现诸如所有线10中的同步改变也很容易，并且更方便对线10 上的现场装置70进行诊断。
还可提供附加元件(图1中未示出)，诸如：a)用于照射物品20的电磁辐射源，诸如光源、IR辐射源和/或UV辐射源等，其中电磁辐射源可例如布置在以上提到的现场装置70的读取器旁边；以及b)用于向操作员提供信息以及从操作员接收信息的输出和输入部件，诸如显示屏、键盘、按钮、控制旋钮、 LED指示灯等(在这方面，另参见图5和相应描述)。
在一个实施例中(图1中未示出)，对于至少一条线10，线控制子***50 包括作为编码器的现场装置，并且第一控制装置40被配置用于通过连接装置 80向编码器提供代码。
在一个实施例中，如图1所示，***100是包括以下各项的控制架构：a) 针对各条线10的第二控制装置60，该第二控制装置60用作线10的专门控制器 (即，本地控制模块或LCM)；b)针对各条线10的IO-Link***，用于通过托管 IO-Link主控等的连接装置80来实现作为IO-Link装置等的现场装置70和第二控制装置60之间的信息交换；以及c)用于托管OPCUA服务器45的第一控制装置40和用于托管OPC UA客户端65的第二控制装置60之间的基于OPC-UA 的通信，从而监视线10，诸如管理警报。第二控制装置60具有运行在其上的 OS，并且可以具有数据矩阵识别库(即，数据矩阵识别能力)。连接装置80托管IO-Link主控，并且具有EtherNet/IP接口(关于与EtherNet/IP有关的更多信息，例如参见2016年11月15日从https://www.odva.org/Portals/0/Library/Publications_Numbered/PUB00138R6_Tech-Series-EtherNetIP.pdf检索的EtherNet/IPTM–CIP on Ethernet Technology,Technology Overview Series,PUB00138R6,ODVA,密歇根，美国，2016年3 月)或者EtherCAT接口，用以与现场装置70(使用IO-Link)以及与第二控制装置60(使用EtherNet/IP)进行通信。第一控制装置40托管OPC UA服务器45，并包括本地(即，线特定)监控***(参见图4，框“主控”、子框“监控”)，用以监视现场装置数据、网络链路并生成警报和调整例如照相机、打印机等的***装置。OPC UA服务器45公开了用户所操作的OPC UA客户端65继而可以使用的信息。
图2示意性地示出本发明的一个实施例中的用于控制生产线和/或分配线10的***100的硬件架构。***100包括在现场(即在线的附近、在传感器附近等)的针对各条线10安装的线控制子***50(即，***100的所谓“从控”部分)，以及用于多条线10的、包含位于主控室中的硬件机架的主控室子***30。主控室子***30通过连接装置80来向现场装置70供电，并通过以太网交换机85来与第二控制装置60进行通信。尽管图2示出两个第二控制装置60，但存在一个就足够了。
图3示意性地示出本发明的一个实施例中的用于控制生产线和/或分配线10的***100的线控制子***50的结构。换句话说，这是***100的所谓“从控”部分，这部分也称为线控制模块(LCM)。线控制子***50包括：
(i)运行OS并具有数据矩阵识别库(即数据矩阵识别能力)的第二控制装置60(诸如智能照相机、智能打印机或小型工业用计算机)；
(ii)IO-Link传感器或IO-Link兼容传感器70以及可选的编码器70，即 IO-Link现场装置或IO-Link兼容现场装置70；
(iii)具有EtherNet/IP接口或EtherCAT接口的用作IO-Link主控的连接装置80，其中EtherNet/IP接口或EtherCAT接口作为朝向IO-Link传感器或 IO-Link兼容传感器和编码器的输入/输出卡接口，以例如确认传感器70是否断开或者是否具有诸如短路等的故障状态；或者在光学传感器的情况下确认其是否是脏的。IO-Link连接是用于任何网络下的信号传输和能量供给的开放、串行、双向、点到点数字连接。连接装置80还实现与智能装置60的通信；以及
(iv)用以经由网络将信息发送至主控室子***30(即，主控)的以太网交换机85。
主控或主控室子***30可以例如位于工厂的封闭房间中，并且可以负责将24Vcc和220Vac能量和打印机码分配到现场的模块。其硬件结构可以是具有冗余电源和CPU的传统机架计算机。主控室子***30使用诸如Apache ServiceMix等的面向服务的架构(SOA)软件来组织和存储生产数据(计数器、打印机码)，以同时实现与所有LCM之间的通信。主控室子***30使用SSL(安全套接层)与所有LCM进行通信以确保线生产数据的安全通信，并具有基于 OPC UA的本地监控***。主控室子***30与各第二控制装置60(例如，具有 OS的智能照相机或打印机、或计算机)进行通信，以管理警报并对线10进行远程配置。监控可以是多平台的，并且可以具有用于执行相同计算机程序代码的无限数量的客户端(诸如Androidapp、互联网浏览器页面等)。
对于实时控制，CODESYS运行时环境可与OPC UA驱动器一起使用，以处理经由网络(诸如基于EtherCAT或EtherNet/IP的网络等)与智能装置60进行通信的IO-Link主控连接装置80的输入和输出。
图4从功能和软件的角度示意性地示出本发明的一个实施例中的用于控制生产线和/或分配线10的***100的典型控制架构。
图5是根据本发明的方法或***中的、例如可用于第二控制装置60中的计算单元800的典型实现的示意图。
如图5所示，计算单元800可以包括总线805、处理单元803、主存储器807、 ROM808、存储装置809、输入装置802、输出装置804和通信接口806。总线 805可以包括允许计算单元800的组件之间的通信的路径。
处理单元803可以包括可解释并执行指令的处理器、微处理器或处理逻辑。主存储器807可以包括可存储供处理单元803执行的信息和指令的RAM 或其它类型的动态存储装置。ROM 808可以包括可存储供处理单元803使用的静态信息和指令的ROM装置或其它类型的静态存储装置。存储装置809可以包括磁和/或光记录介质及其相应的驱动器。
输入装置802可以包括允许操作员向处理单元803输入信息的机构，诸如小键盘、键盘、鼠标、笔、语音识别和/或生物识别机构等。输出装置804可以包括用于向操作者输出信息的机构，包括显示器、打印机、扬声器等。通信接口806可以包括用于使得计算单元800能够与其它装置和/或***(诸如与基站、WLAN接入点等)进行通信的任何类似收发器的机构。例如，通信接口806可以包括用于经由网络与其它装置或***进行通信的机构。
计算单元800可以进行这里所述的具体操作或处理。可以响应于处理单元803执行诸如主存储器807、ROM 808和/或存储装置809等的计算机可读介质中所包含的软件指令而进行这些操作。计算机可读介质可被定义为物理或逻辑存储器装置。例如，逻辑存储器装置可以包括位于单个物理存储器装置内或者分布在多个物理存储器装置上的存储器空间。主存储器807、ROM 808 和存储装置809各自可以包括计算机可读媒介。存储装置809的磁和/或光记录媒介(例如，可读CD或DVD)也可以包括计算机可读媒介。软件指令可以经由通信接口806从诸如存储装置809等的其它计算机可读介质或从其它装置读取到主存储器807中。
主存储器809中所包含的软件指令可以使处理单元803进行这里所述的操作或处理，诸如对机器可读代码进行解码。可选地，硬连线电路可以代替软件指令或与之组合使用，以实现这里所述的处理和/或操作。因此，这里所述的实现不限于硬件和软件的任何特定组合。
以上提到的任何一种元件可以在硬件、软件、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或固件等中实现。
尽管已经基于详细示例描述了本发明，但是这些详细示例仅用于向本领域技术人员提供更好的理解，并且不旨在限制本发明的范围。本发明的范围更大程度上由所附权利要求限定。
缩写
ASIC 专用集成电路
CCD 电荷耦合器件
CMOS 互补金属氧化物半导体
FPGA 现场可编程门阵列
IR 红外
LCM 本地控制模块
LED 发光二极管
OPC 开放平台通信
OPC UA OPC统一架构
OS 操作***
PLC 可编程逻辑控制器
RAM 随机存取存储器
RFID 射频识别
ROM 只读存储器
SKU 库存量单位
SOA 面向服务的架构
SSL 安全套接层
UV 紫外
WLAN 无线局域网

Claims (12)

1.一种用于控制多条线(10)的***(100)，其中各条线(10)是生产线和分配线至少之一，所述***(100)包括：
第一子***(30)，以下称为“主控室子***”，其包括用于托管OPC UA服务器(45)的第一控制装置(40)；以及
针对各条线(10)的第二子***(50)，以下称为“线控制子***”，其特征在于所述第二子***(50)包括：
针对各条线的第二控制装置(60)，其中操作***运行在所述第二控制装置(60)上，所述第二控制装置(60)用于托管OPC UA客户端(65)以用于经由所述OPC UA服务器(45)与所述第一控制装置(40)的基于OPC-UA的通信，其中所述第二控制装置(60)不是可编程逻辑控制器，以及所述第二控制装置(60)是智能照相机；
至少一个现场装置(70)；以及
针对各条线的连接装置(80)，
其中，所述至少一个现场装置(70)经由所述连接装置(80)来与所述第二控制装置(60)进行通信，
其中，所述至少一个现场装置(70)通过点到点数字通信接口而连接至所述连接装置(80)，以及所述连接装置(80)针对各现场装置(70)具有一个端口，
所述连接装置(80)经由网络与所述第二控制装置(60)进行通信，以及
所述第二控制装置(60)具有对代码的机器可读表示进行解码的能力，并且包括PLC运行时环境以处理所述连接装置(80)的输入和输出。
2.根据权利要求1所述的***(100)，其中，所述第二控制装置(60)具有线性条形码识别能力和二维条形码识别能力至少之一。
3.根据权利要求2所述的***(100)，其中，所述第二控制装置(60)具有数据矩阵码识别能力。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的***(100)，其中，所述点到点数字通信接口是IO-Link接口或IO-Link兼容接口。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的***(100)，其中，所述第二控制装置(60)被配置用于监视所述至少一个现场装置(70)并在检测到现场装置(70)处于异常状态时生成警报。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的***(100)，其中，所述主控室子***(30)被配置用于向各现场装置(70)供电。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的***(100)，其中，对于至少一条线(10)，
所述线控制子***(50)包括作为编码器的现场装置(70)，以及
所述第一控制装置(40)被配置用于通过所述连接装置(80)来向所述编码器提供代码。
8.一种用于控制多条线(10)的方法，其中各条线(10)是生产线和分配线至少之一，所述方法包括：
操作第一子***(30)，以下称为“主控室子***”，其包括用于托管OPC UA服务器(45)的第一控制装置(40)；以及
其特征在于，
针对各条线(10)，还操作第二子***(50)，以下称为“线控制子***”，所述线控制子***包括：
针对各条线的第二控制装置(60)，其中操作***运行在所述第二控制装置(60)上，所述第二控制装置(60)用于托管OPC UA客户端(65)以用于经由所述OPC UA服务器(45)与所述第一控制装置(40)的基于OPC-UA的通信，其中所述第二控制装置(60)不是可编程逻辑控制器，以及所述第二控制装置(60)是智能照相机；
至少一个现场装置(70)；以及
针对各条线的连接装置(80)，
其中，所述至少一个现场装置(70)经由所述连接装置(80)来与所述第二控制装置(60)进行通信，
其中，所述至少一个现场装置(70)通过点到点数字通信接口而连接至所述连接装置(80)，以及所述连接装置(80)针对各现场装置(70)具有一个端口，
所述连接装置(80)经由网络与所述第二控制装置(60)进行通信，以及
所述第二控制装置(60)具有对代码的机器可读表示进行解码的能力，并且包括PLC运行时环境以处理所述连接装置(80)的输入和输出。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述点到点数字通信接口是IO-Link接口或IO-Link兼容接口。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第二控制装置(60)用于监视所述至少一个现场装置(70)并在检测到现场装置(70)处于异常状态时生成警报。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中，所述主控室子***(30)向各现场装置(70)供电。
12.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中，对于至少一条线(10)，
所述线控制子***(50)包括作为编码器的现场装置(70)，以及
所述第一控制装置(40)通过所述连接装置(80)来向所述编码器提供代码。
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