利用IEC611313和PLCopen的運(yùn)動(dòng)控制功能塊來(lái)創(chuàng)重點(diǎn)

1、利用IEC61131-3和PLCopen的運(yùn)動(dòng)控制功能塊來(lái)創(chuàng)建獨(dú)立于硬件的可再用運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用程序摘要運(yùn)動(dòng)集成及自動(dòng)化解決方案的可維護(hù)性和連通性這些問(wèn)題已經(jīng)出現(xiàn)，因此需要建立標(biāo)準(zhǔn)。 PLCopen建立了這樣的標(biāo)準(zhǔn)。編程語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)是來(lái)協(xié)調(diào)各工作平臺(tái)間運(yùn)動(dòng)控制功能性的訪問(wèn)。這樣，生成的應(yīng)用程序在工作平臺(tái)間更獨(dú)立于硬件而且可再度利用。 PLCopen運(yùn)動(dòng)控制功能塊提供的標(biāo)準(zhǔn)以IEC61131-3功能塊概念為基礎(chǔ)。隨著功能性和接口的標(biāo)準(zhǔn)化及在多個(gè)平臺(tái)上執(zhí)行，建立了編程標(biāo)準(zhǔn)，并在工業(yè)領(lǐng)域被廣泛支持。由于封裝隱藏了數(shù)據(jù)，此標(biāo)準(zhǔn)可用于不同結(jié)構(gòu)，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(gè)應(yīng)用程序

2、特別設(shè)計(jì)的，而是可以作為在不同領(lǐng)域中正進(jìn)行定義的基礎(chǔ)層。正因?yàn)槿绱耍鼘?duì)現(xiàn)有和將來(lái)的技術(shù)都是開(kāi)放的。 介紹在很多情形中運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的用戶(hù)支持多個(gè)應(yīng)用層。例如，一個(gè)包裝機(jī)供應(yīng)商可支持三個(gè)不同層次：低成本、中等層次和高性能/高成本。使用不同的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)可解決速度和精確度的不同需求。不幸的是，運(yùn)動(dòng)控制市場(chǎng)顯示各種系統(tǒng)/解決方案的不兼容。實(shí)際上，這意味著結(jié)構(gòu)和用于開(kāi)發(fā)、安裝和維護(hù)的軟件工具的各個(gè)層次存在很大的差異。 這種不兼容性帶來(lái)了相當(dāng)大的費(fèi)用：使用不同的實(shí)現(xiàn)設(shè)備發(fā)生混亂，工程變得困難，培訓(xùn)費(fèi)用增加，軟件在各平臺(tái)間不能再次使用。 標(biāo)準(zhǔn)化自然減少了以上提到的消極要素。標(biāo)準(zhǔn)化不僅適用于IEC61131

3、-3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)這樣的編程語(yǔ)言中，而且適用于不同的運(yùn)動(dòng)控制解決方案（如分散型、集成型或集中型）的接口。 這種標(biāo)準(zhǔn)化可有效地用于定義可再用部件的資料庫(kù)。這樣，編程更獨(dú)立于硬件，應(yīng)用軟件的可再用性增加，培訓(xùn)和維護(hù)的費(fèi)用減少，不同控制解決方案間的應(yīng)用程序可伸縮。 任務(wù)工作小組的目標(biāo) 機(jī)器制造業(yè)的主要供應(yīng)商請(qǐng)求PLCopen幫助解決不兼容的問(wèn)題，因此組建了運(yùn)動(dòng)控制的任務(wù)工作小組。通過(guò)使運(yùn)動(dòng)控制的功能塊標(biāo)準(zhǔn)化，此任務(wù)工作小組定義了程序員接口。不僅用戶(hù)包括在其中，還得到供應(yīng)商的廣泛支持，為很多產(chǎn)品和結(jié)構(gòu)提供了大量實(shí)現(xiàn)設(shè)備，因而保證了此資料庫(kù)的成功。 獨(dú)立的協(xié)會(huì)PLCopen于2001年11月在它的網(wǎng)站www.

4、上發(fā)布了功能塊資料庫(kù)的定義。組織成員還將繼續(xù)進(jìn)行修改。該定義包括順應(yīng)性規(guī)則，將來(lái)會(huì)由PLCopen進(jìn)行認(rèn)證。 標(biāo)準(zhǔn)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A(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化將覆蓋運(yùn)動(dòng)控制市場(chǎng)的百分之八十左右。任務(wù)工作小組定義了運(yùn)動(dòng)控制功能塊概念有以下幾個(gè)目標(biāo)： 1.簡(jiǎn)單性 容易編寫(xiě)應(yīng)用程序、安裝和維護(hù) 2.效率性 體現(xiàn)在功能塊的數(shù)量和設(shè)計(jì)效率上 3.一致性 符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn) 4.通用性 獨(dú)立于硬件 5.靈活性 將來(lái)的擴(kuò)展/應(yīng)用范圍 6.完全性 不是強(qiáng)制性的但很充分 定義包括三個(gè)部分： 1.狀態(tài)機(jī)的定義 2.用于單軸/多軸運(yùn)動(dòng)控制

5、的基本功能塊集的定義 3.順應(yīng)性規(guī)則和綜述 狀態(tài)機(jī)的定義 下圖標(biāo)準(zhǔn)地定義了多個(gè)運(yùn)動(dòng)控制FB同時(shí)啟動(dòng)時(shí)軸在高層次的行為特性。運(yùn)動(dòng)的這種組合對(duì)建立更復(fù)雜輪廓或處理程序中的一些例外很有用。（在實(shí)際實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，可能有在較低層的附加狀態(tài)。） 基本規(guī)則是按順序發(fā)出運(yùn)動(dòng)命令，即使PLC具有實(shí)時(shí)并行處理的能力。這些命令作用于軸狀態(tài)圖上。 軸總是在定義的狀態(tài)中的一種狀態(tài)下。任何運(yùn)動(dòng)命令都是一種轉(zhuǎn)換，它改變軸的狀態(tài)，因此改變當(dāng)前計(jì)算出的運(yùn)動(dòng)。定義了七種狀態(tài) 1.保持靜止 2.回原位 3.離散運(yùn)動(dòng) 4.持續(xù)運(yùn)動(dòng) 5.同步運(yùn)動(dòng) 6.停止 7.故障停止 正常過(guò)程都從靜止開(kāi)始。在此狀態(tài)下，每個(gè)軸都可連通電源（通過(guò)供電命令

6、）。而且可以訪問(wèn)回原位狀態(tài)（通過(guò)對(duì)每個(gè)軸發(fā)布回原位命令），正常完成后返回靜止?fàn)顟B(tài)。從這里可以將軸轉(zhuǎn)成離散運(yùn)動(dòng)或持續(xù)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)停止?fàn)顟B(tài)可以返回到靜止。發(fā)生故障時(shí)軸將轉(zhuǎn)換為故障停止?fàn)顟B(tài)。通過(guò)重啟命令（人工操作）可以返回到靜止，接下來(lái)機(jī)器可以再次進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。請(qǐng)注意這些狀態(tài)都定義了功能塊的功能性。 功能塊集的定義 功能塊的粒度是基本問(wèn)題。對(duì)應(yīng)于低層次命令的功能性而言，每個(gè)軸至少有一個(gè)功能塊。一個(gè)中間層更好地實(shí)現(xiàn)了以上的要求，減輕處理器的負(fù)載并創(chuàng)建了更高水準(zhǔn)的可伸縮性。運(yùn)行就是在此層次的基礎(chǔ)上進(jìn)行。而且，為了將來(lái)的擴(kuò)展定義兩個(gè)功能塊輸入和輸出集：一個(gè)必須遵守的基本集和一個(gè)擴(kuò)展集。 軸的數(shù)據(jù)類(lèi)型及實(shí)例

7、導(dǎo)出數(shù)據(jù)類(lèi)型AXIS_REF提供軸的索引。所有制造商都提供這種數(shù)據(jù)類(lèi)型。它還為電機(jī)/驅(qū)動(dòng)器提供接口。實(shí)接口的技術(shù)性隱藏在結(jié)構(gòu)和功能塊中。這樣，當(dāng)用戶(hù)訪問(wèn)所有相關(guān)參數(shù)時(shí)，不同的結(jié)構(gòu)看起來(lái)是一樣的。這種結(jié)構(gòu)包括集成于控制器的運(yùn)動(dòng)、集成于驅(qū)動(dòng)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使用，表示在功能塊圖形中的水平線連接的一個(gè)輸入和一個(gè)輸出。輸入/輸出變量值存儲(chǔ)于FB的外部。Axis_Ref使用的變量表現(xiàn)為輸入和輸出參數(shù)，可以在功能塊內(nèi)修改，以及從外部變量接收數(shù)值舉例說(shuō)明如何進(jìn)行這個(gè)操作：設(shè)想一個(gè)程序包括很多功能塊，所有的功能塊都彼

8、此相連（從左至右），都通過(guò)Axis_Ref參照到同一個(gè)軸。此程序是在一個(gè)循環(huán)任務(wù)模式中，比如每一個(gè)毫秒。第一個(gè)FB讀取Axis_Ref中的最新值，并在完成執(zhí)行前可能更新其中一些值。緊接著下一個(gè)FB開(kāi)始運(yùn)行，讀取Axis_Ref中已更新的值，也就是使用最新值。這些值耦合到電機(jī)。系統(tǒng)間的控制結(jié)構(gòu)完全不同。 可以使用此索引定義一個(gè)或更多虛擬軸，在這個(gè)意義上，它作為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，沒(méi)有耦合到物理的驅(qū)動(dòng)器或電機(jī)。MC_MoveAbsolute 在一個(gè)指定的絕對(duì)位置命令被控運(yùn)動(dòng)。 MC_MoveRelative 在執(zhí)行時(shí)，命令指定距離的被控運(yùn)動(dòng)，此距離與實(shí)際位置有關(guān)。 MC_MoveAdditive 除了在

9、離散運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下原始命令的位置，命令一個(gè)指定相關(guān)距離的被控運(yùn)動(dòng)。如果FB在持續(xù)模式下啟動(dòng)，在執(zhí)行時(shí)指定的相關(guān)距離被加入到實(shí)際位置。 MC_MoveSuperimposed 除了已有的運(yùn)動(dòng)，命令指定相關(guān)距離的被控運(yùn)動(dòng)。已有的運(yùn)動(dòng)不被中斷，而是疊加運(yùn)動(dòng)。 MC_MoveVelocity 命令在特殊速率下的不停止的被控運(yùn)動(dòng)。 MC_Home 命令軸執(zhí)行“回原位搜索”順序。此順序的細(xì)節(jié)由制造商決定，并由軸的參數(shù)設(shè)置。當(dāng)檢測(cè)到參照信號(hào)時(shí)，位置輸入用于設(shè)置絕對(duì)位置。在靜止時(shí)完成此操作。 MC_Stop 命令被控運(yùn)動(dòng)停止，將軸轉(zhuǎn)換為“停止”狀態(tài)。它會(huì)中止任何進(jìn)行中的功能塊的執(zhí)行。使用“Done”輸出，可轉(zhuǎn)換為

10、靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)軸處于“停止”狀態(tài)時(shí)，其他的FB不可以在這個(gè)軸上執(zhí)行任何運(yùn)動(dòng)。 MC_Power 控制電源（開(kāi)或關(guān)）。 MC_ReadStatus 返回到相應(yīng)于當(dāng)前正在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的軸的詳細(xì)狀況。 MC_ReadAxisError 顯示與功能塊無(wú)關(guān)的故障。 MC_Reset 通過(guò)復(fù)位所有內(nèi)部與軸有關(guān)的故障和清除懸掛的命令，實(shí)現(xiàn)從故障停止?fàn)顟B(tài)到靜止?fàn)顟B(tài)的轉(zhuǎn)換。它不作用于FB實(shí)例的輸出。 MC_ReadParameter& MC_ReadBoolParameter 返回到供應(yīng)商的專(zhuān)用參數(shù)值。如果有必要的話(huà)，返回值必需轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)。若不能的話(huà)，供應(yīng)商需提供一個(gè)由其規(guī)定的獨(dú)立的FB。 MC_WriteP

11、arameter& MC_WriteBoolParameter 修改供應(yīng)商專(zhuān)用的參數(shù)值。 MC_ReadActualPosition 返回到實(shí)際位置。 MC_PositionProfile 命令一個(gè)時(shí)鐘位置以鎖定運(yùn)動(dòng)的輪廓圖。MC_VelocityProfile 命令一個(gè)時(shí)間速率以鎖定運(yùn)動(dòng)的輪廓圖。 MC_AccelerationProfile 命令一個(gè)時(shí)間加速度以鎖定運(yùn)動(dòng)的輪廓圖。 多軸功能塊的通用設(shè)備 針對(duì)多軸協(xié)同運(yùn)動(dòng)定義了一個(gè)小型的功能塊集。附加的應(yīng)用特定的資料庫(kù)擴(kuò)展了該功能塊集。目前已定義的功能塊有： CamTableSelect 通過(guò)在相關(guān)表格上設(shè)置指針來(lái)選擇CAM（凸輪）表

12、格。 Camln 嚙合CAM。 CamOut 立即脫離對(duì)主軸的嚙合。 GearIn 命令從軸和主軸間的速度比。 GearOut 從軸脫離對(duì)主軸的從屬。連續(xù)功能圖 使用順序功能圖（SFC）實(shí)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(shí)序圖。包括以下幾個(gè)步驟： 第一步：?jiǎn)?dòng)，例如打開(kāi)電源 第二步：向鉆孔位置移動(dòng)，鉆頭開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。這樣在到達(dá)指定位置前就能完全進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，然后檢驗(yàn)是否完成這兩項(xiàng)操作。 第三步：鉆孔 第四步：鉆孔結(jié)束后，需等待一系列的連續(xù)操作以清除孔中的填充物。 第五步：鉆頭返回起始位置，關(guān)閉主軸。完成返回移動(dòng)和停止主軸兩者，這時(shí)我們可以重新啟動(dòng)一系列步驟。 認(rèn)證順應(yīng)性規(guī)則和認(rèn)證

13、也包括在文件中?；旧鲜亲哉J(rèn)證，根據(jù)每個(gè)供應(yīng)商發(fā)布在PLCopen網(wǎng)站上的結(jié)果。被認(rèn)證的公司允許使用下面的圖標(biāo)，并附上編號(hào)、日期和所支持的順從性功能塊的數(shù)量。任務(wù)工作小組目前的結(jié)果 此文件于2001年11月發(fā)布。它包括以上提到的所有要素。而且，第一批實(shí)現(xiàn)設(shè)備已完成，提升了此標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量。對(duì)實(shí)時(shí)行為進(jìn)行了調(diào)查，映象到IEC61131-3環(huán)境。由于它多任務(wù)的性質(zhì)而且時(shí)間同步，實(shí)現(xiàn)時(shí)對(duì)目標(biāo)硬件提出了附加要求。 隨著覆蓋了大量運(yùn)動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)，我們意識(shí)到第一版本不會(huì)是最后的版本。特殊應(yīng)用領(lǐng)域的資料庫(kù)將在此基本規(guī)則的基礎(chǔ)上建立。首先是包裝應(yīng)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