利用IEC61131-3和PLCopen的運(yùn)動控制功能塊來創(chuàng)建獨(dú)立于硬件的可再用

1、.：.；利用IEC61131-3和PLCopen的運(yùn)動控制功能塊來創(chuàng)建獨(dú)立于硬件的可再用運(yùn)動控制運(yùn)用程序摘要運(yùn)動集成及自動化處理方案的可維護(hù)性和連通性這些問題曾經(jīng)出現(xiàn)，因此需求建立規(guī)范。 PLCopen建立了這樣的規(guī)范。編程言語的規(guī)范是來協(xié)調(diào)各任務(wù)平臺間運(yùn)動控制功能性的訪問。這樣，生成的運(yùn)用程序在任務(wù)平臺間更獨(dú)立于硬件而且可再度利用。 PLCopen運(yùn)動控制功能塊提供的規(guī)范以IEC61131-3功能塊概念為根底。隨著功能性和接口的規(guī)范化及在多個平臺上執(zhí)行，建立了編程規(guī)范，并在工業(yè)領(lǐng)域被廣泛支持。由于封裝隱藏了數(shù)據(jù)，此規(guī)范可用于不同構(gòu)造，適用的控制從集中型到分散型或從集成型到網(wǎng)絡(luò)型。它不是為某個

2、運(yùn)用程序特別設(shè)計的，而是可以作為在不同領(lǐng)域中正進(jìn)展定義的根底層。正由于如此，它對現(xiàn)有和未來的技術(shù)都是開放的。 引見在很多情形中運(yùn)動控制系統(tǒng)的用戶支持多個運(yùn)用層。例如，一個包裝機(jī)供應(yīng)商可支持三個不同層次：低本錢、中等層次和高性能/高本錢。運(yùn)用不同的運(yùn)動控制系統(tǒng)可處理速度和準(zhǔn)確度的不同需求。不幸的是，運(yùn)動控制市場顯示各種系統(tǒng)/處理方案的不兼容。實踐上，這意味著構(gòu)造和用于開發(fā)、安裝和維護(hù)的軟件工具的各個層次存在很大的差別。 這種不兼容性帶來了相當(dāng)大的費(fèi)用：運(yùn)用不同的實現(xiàn)設(shè)備發(fā)生混亂，工程變得困難，培訓(xùn)費(fèi)用添加，軟件在各平臺間不能再次運(yùn)用。 規(guī)范化自然減少了以上提到的消極要素。規(guī)范化不僅適用于IEC6

3、1131-3國際規(guī)范這樣的編程言語中，而且適用于不同的運(yùn)動控制處理方案如分散型、集成型或集中型的接口。 這種規(guī)范化可有效地用于定義可再用部件的資料庫。這樣，編程更獨(dú)立于硬件，運(yùn)用軟件的可再用性添加，培訓(xùn)和維護(hù)的費(fèi)用減少，不同控制處理方案間的運(yùn)用程序可伸縮。 義務(wù)任務(wù)小組的目的 機(jī)器制造業(yè)的主要供應(yīng)商懇求PLCopen協(xié)助 處理不兼容的問題，因此組建了運(yùn)動控制的義務(wù)任務(wù)小組。經(jīng)過使運(yùn)動控制的功能塊規(guī)范化，此義務(wù)任務(wù)小組定義了程序員接口。不僅用戶包括在其中，還得到供應(yīng)商的廣泛支持，為很多產(chǎn)品和構(gòu)造提供了大量實現(xiàn)設(shè)備，因此保證了此資料庫的勝利。 獨(dú)立的協(xié)會PLCopen于2001年11月在它的網(wǎng)站p

4、上發(fā)布了功能塊資料庫的定義。組織成員還將繼續(xù)進(jìn)展修正。該定義包括順應(yīng)性規(guī)那么，未來會由PLCopen進(jìn)展認(rèn)證。 規(guī)范化主要關(guān)注不同供應(yīng)商提供的不同系統(tǒng)之間的可再用性，包括分布型和網(wǎng)絡(luò)型系統(tǒng)?？傊烙嬕?guī)范化將覆蓋運(yùn)動控制市場的百分之八十左右。義務(wù)任務(wù)小組定義了運(yùn)動控制功能塊概念有以下幾個目的： 1.簡單性 容易編寫運(yùn)用程序、安裝和維護(hù) 2.效率性 表達(dá)在功能塊的數(shù)量和設(shè)計效率上 3.一致性 符合IEC61131-3規(guī)范 4.通用性 獨(dú)立于硬件 5.靈敏性 未來的擴(kuò)展/運(yùn)用范圍 6.完全性 不是強(qiáng)迫性的但很充分 定義包括三個部分： 1.形狀機(jī)的定義 2.用于單軸/多軸運(yùn)動控制

5、的根本功能塊集的定義 3.順應(yīng)性規(guī)那么和綜述 形狀機(jī)的定義 以下圖規(guī)范地定義了多個運(yùn)動控制FB同時啟動時軸在高層次的行為特性。運(yùn)動的這種組合對建立更復(fù)雜輪廓或處置程序中的一些例外很有用。在實踐實現(xiàn)過程中，能夠有在較低層的附加形狀。 根本規(guī)那么是按順序發(fā)出運(yùn)動命令，即使PLC具有實時并行處置的才干。這些命令作用于軸形狀圖上。 軸總是在定義的形狀中的一種形狀下。任何運(yùn)動命令都是一種轉(zhuǎn)換，它改動軸的形狀，因此改動當(dāng)前計算出的運(yùn)動。定義了七種形狀 1.堅持靜止 2.回原位 3.離散運(yùn)動 4.繼續(xù)運(yùn)動 5.同步運(yùn)動 6.停頓 7.缺點(diǎn)停頓 正常過程都從靜止開場。在此形狀下，每個軸都可連通電源經(jīng)過供電命令

6、。而且可以訪問回原位形狀經(jīng)過對每個軸發(fā)布回原位命令，正常完成后前往靜止形狀。從這里可以將軸轉(zhuǎn)成離散運(yùn)動或繼續(xù)運(yùn)動。經(jīng)過停頓形狀可以前往到靜止。發(fā)生缺點(diǎn)時軸將轉(zhuǎn)換為缺點(diǎn)停頓形狀。經(jīng)過重啟命令人工操作可以前往到靜止，接下來機(jī)器可以再次進(jìn)入運(yùn)轉(zhuǎn)形狀。請留意這些形狀都定義了功能塊的功能性。 功能塊集的定義 功能塊的粒度是根本問題。對應(yīng)于低層次命令的功能性而言，每個軸至少有一個功能塊。一個中間層更好地實現(xiàn)了以上的要求，減輕處置器的負(fù)載并創(chuàng)建了更高水準(zhǔn)的可伸縮性。運(yùn)轉(zhuǎn)就是在此層次的根底上進(jìn)展。而且，為了未來的擴(kuò)展定義兩個功能塊輸入和輸出集：一個必需遵守的根本集和一個擴(kuò)展集。 軸的數(shù)據(jù)類型及實例 導(dǎo)出數(shù)據(jù)類

7、型AXIS_REF提供軸的索引。一切制造商都提供這種數(shù)據(jù)類型。它還為電機(jī)/驅(qū)動器提供接口。實接口的技術(shù)性隱藏在構(gòu)造和功能塊中。這樣，當(dāng)用戶訪問一切相關(guān)參數(shù)時，不同的構(gòu)造看起來是一樣的。這種構(gòu)造包括集成于控制器的運(yùn)動、集成于驅(qū)動器的控制、分布型和網(wǎng)絡(luò)型系統(tǒng)。 AxisRef作為Var_In_Out Axis_Ref作為Var_In_Out運(yùn)用，表示在功能塊圖形中的程度線銜接的一個輸入和一個輸出。輸入/輸出變量值存儲于FB的外部。Axis_Ref運(yùn)用的變量表現(xiàn)為輸入和輸出參數(shù)，可以在功能塊內(nèi)修正，以及從外部變量接納數(shù)值舉例闡明如何進(jìn)展這個操作：想象一個程序包括很多功能塊，一切的功能塊都彼此相連從左

8、至右，都經(jīng)過Axis_Ref參照到同一個軸。此程序是在一個循環(huán)義務(wù)方式中，比如每一個毫秒。第一個FB讀取Axis_Ref中的最新值，并在完成執(zhí)行前能夠更新其中一些值。緊接著下一個FB開場運(yùn)轉(zhuǎn)，讀取Axis_Ref中已更新的值，也就是運(yùn)用最新值。這些值耦合到電機(jī)。系統(tǒng)間的控制構(gòu)造完全不同。 可以運(yùn)用此索引定義一個或更多虛擬軸，在這個意義上，它作為數(shù)據(jù)構(gòu)造出現(xiàn)，沒有耦合到物理的驅(qū)動器或電機(jī)。MC_MoveAbsolute 在一個指定的絕對位置命令被控運(yùn)動。 MC_MoveRelative 在執(zhí)行時，命令指定間隔 的被控運(yùn)動，此間隔 與實踐位置有關(guān)。 MC_MoveAdditive 除了在離散運(yùn)動形

9、狀下原始命令的位置，命令一個指定相關(guān)間隔 的被控運(yùn)動。假設(shè)FB在繼續(xù)方式下啟動，在執(zhí)行時指定的相關(guān)間隔 被參與到實踐位置。 MC_MoveSuperimposed 除了已有的運(yùn)動，命令指定相關(guān)間隔 的被控運(yùn)動。已有的運(yùn)動不被中斷，而是疊加運(yùn)動。 MC_MoveVelocity 命令在特殊速率下的不停頓的被控運(yùn)動。 MC_Home 命令軸執(zhí)行“回原位搜索順序。此順序的細(xì)節(jié)由制造商決議，并由軸的參數(shù)設(shè)置。當(dāng)檢測到參照信號時，位置輸入用于設(shè)置絕對位置。在靜止時完成此操作。 MC_Stop 命令被控運(yùn)動停頓，將軸轉(zhuǎn)換為“停頓形狀。它會中止任何進(jìn)展中的功能塊的執(zhí)行。運(yùn)用“Done輸出，可轉(zhuǎn)換為靜止形狀。

10、當(dāng)軸處于“停頓形狀時，其他的FB不可以在這個軸上執(zhí)行任何運(yùn)動。 MC_Power 控制電源開或關(guān)。 MC_ReadStatus 前往到相應(yīng)于當(dāng)前正在進(jìn)展運(yùn)動的軸的詳細(xì)情況。 MC_ReadAxisError 顯示與功能塊無關(guān)的缺點(diǎn)。 MC_Reset 經(jīng)過復(fù)位一切內(nèi)部與軸有關(guān)的缺點(diǎn)和去除懸掛的命令，實現(xiàn)從缺點(diǎn)停頓形狀到靜止形狀的轉(zhuǎn)換。它不作用于FB實例的輸出。 MC_ReadParameter& MC_ReadBoolParameter 前往到供應(yīng)商的公用參數(shù)值。假設(shè)有必要的話，前往值必需轉(zhuǎn)換為實數(shù)。假設(shè)不能的話，供應(yīng)商需提供一個由其規(guī)定的獨(dú)立的FB。 MC_WriteParameter& M

11、C_WriteBoolParameter 修正供應(yīng)商公用的參數(shù)值。 MC_ReadActualPosition 前往到實踐位置。 MC_PositionProfile 命令一個時鐘位置以鎖定運(yùn)動的輪廓圖。MC_VelocityProfile 命令一個時間速率以鎖定運(yùn)動的輪廓圖。 MC_AccelerationProfile 命令一個時間加速度以鎖定運(yùn)動的輪廓圖。 多軸功能塊的通用設(shè)備 針對多軸協(xié)同運(yùn)動定義了一個小型的功能塊集。附加的運(yùn)用特定的資料庫擴(kuò)展了該功能塊集。目前已定義的功能塊有： CamTableSelect 經(jīng)過在相關(guān)表格上設(shè)置指針來選擇CAM凸輪表格。 Camln 嚙合CAM。 C

12、amOut 立刻脫離對主軸的嚙合。 GearIn 命令從軸和主軸間的速度比。 GearOut 從軸脫離對主軸的從屬。延續(xù)功能圖 運(yùn)用順序功能圖SFC實現(xiàn)順序步的技術(shù)要求是較傳統(tǒng)的方法。 SFC再配置了時序圖。包括以下幾個步驟： 第一步：啟動，例如翻開電源 第二步：向鉆孔位置挪動，鉆頭開場旋轉(zhuǎn)。這樣在到達(dá)指定位置前就能完全進(jìn)入運(yùn)轉(zhuǎn)形狀，然后檢驗?zāi)芊裢瓿蛇@兩項操作。 第三步：鉆孔 第四步：鉆孔終了后，需等待一系列的延續(xù)操作以去除孔中的填充物。 第五步：鉆頭前往起始位置，封鎖主軸。完成前往挪動和停頓主軸兩者，這時我們可以重新啟動一系列步驟。 認(rèn)證順應(yīng)性規(guī)那么和認(rèn)證也包括在文件中。根本上是自認(rèn)證，根據(jù)

13、每個供應(yīng)商發(fā)布在PLCopen網(wǎng)站 HYPERLINK 上的結(jié)果。被認(rèn)證的公司允許運(yùn)用下面的圖標(biāo)，并附上編號、日期和所支持的依從性功能塊的數(shù)量。義務(wù)任務(wù)小組目前的結(jié)果 此文件于2001年11月發(fā)布。它包括以上提到的一切要素。而且，第一批實現(xiàn)設(shè)備已完成，提升了此規(guī)范的質(zhì)量。對實時行為進(jìn)展了調(diào)查，映象到IEC61131-3環(huán)境。由于它多義務(wù)的性質(zhì)而且時間同步，實現(xiàn)時對目的硬件提出了附加要求。 隨著覆蓋了大量運(yùn)動運(yùn)用系統(tǒng)，我們認(rèn)識到第一版本不會是最后的版本。特殊運(yùn)用領(lǐng)域的資料庫將在此根本規(guī)那么的根底上建立。首先是包裝運(yùn)用系統(tǒng)，例如直線和循環(huán)插補(bǔ)以及與多軸設(shè)備的混合。 結(jié)論 第一版本的定