劉書志，徐松，王媛青島科技大學(xué)

研究PLCopen下數(shù)控機(jī)械控制器的開發(fā)

劉書志，徐松，王媛
青島科技大學(xué)

摘要：機(jī)械工業(yè)中最重要的系統(tǒng)就是控制系統(tǒng)，而與傳統(tǒng)的機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程相比，現(xiàn)代化的工廠越來(lái)越多地使用到具有很大柔性以及易于數(shù)據(jù)編程、結(jié)構(gòu)開放自動(dòng)化的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。但是在系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)程序的編程過(guò)程中，可編程式的邏輯控制器還存在很多不足，因此，本文在“數(shù)控一代”的研究背景下，重點(diǎn)針對(duì)PLCo?pen運(yùn)動(dòng)控制規(guī)范與IEC61131-3工業(yè)控制編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)對(duì)完整性的PLCopen運(yùn)動(dòng)控制庫(kù)進(jìn)行開發(fā)研究。

關(guān)鍵詞：PLCopen；數(shù)控；機(jī)械控制器；開發(fā)

一、“數(shù)控一代機(jī)械產(chǎn)品”控制器的發(fā)展概況

隨著社會(huì)的進(jìn)步，在工業(yè)生產(chǎn)制造過(guò)程中逐漸將IEC61131-3編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)[2]應(yīng)用到了可編程控制器的研究開發(fā)中，這一研究過(guò)程主要是通過(guò)采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域中的先進(jìn)編程技術(shù)，從而使數(shù)控機(jī)床的工藝程序更具開放性、兼容性、可控性以及交互性。除此之外，數(shù)控程序的模塊化程度以及重用性程度得到極大的提升，在此發(fā)展過(guò)程中為我國(guó)的自動(dòng)化工業(yè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)提供了一種良好的匯編語(yǔ)言與設(shè)計(jì)思路。但是與IEC61131-3編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)有所不同，現(xiàn)代化的數(shù)控機(jī)械控制器的研發(fā)是基于PLCopen這種背景下進(jìn)行生產(chǎn)開發(fā)，它作為一種獨(dú)立性的產(chǎn)品國(guó)際協(xié)會(huì)與生產(chǎn)商，主要的活動(dòng)項(xiàng)目就是通過(guò)對(duì)IEC61131–3編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有效支持以及推廣、宣傳，從而使更具標(biāo)準(zhǔn)化的程序運(yùn)動(dòng)控制接口與標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)編程語(yǔ)言進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)靈活運(yùn)用以及高效運(yùn)用。

二、“數(shù)控一代機(jī)械產(chǎn)品”控制器的開發(fā)重要性

眾所周知，PLCopen運(yùn)動(dòng)控制規(guī)范[3]是一種為了解決不同企業(yè)以及不同廠商、同一個(gè)企業(yè)但不同控制對(duì)象系統(tǒng)不兼容的問(wèn)題，通過(guò)采用PLCopen第二技術(shù)小組TC2這一主體發(fā)起的運(yùn)動(dòng)控制編程標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范，可以通過(guò)提供一種標(biāo)準(zhǔn)化的運(yùn)動(dòng)控制接口與標(biāo)轉(zhuǎn)化的運(yùn)動(dòng)控制編程規(guī)范，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制的標(biāo)準(zhǔn)化與兼容性。目前，PLCopen運(yùn)動(dòng)控制規(guī)范主要包括了液壓部分?jǐn)U展功能塊、運(yùn)動(dòng)控制功能塊、協(xié)同運(yùn)動(dòng)控制功能塊、擴(kuò)展功能塊、回零過(guò)程控制功能塊以及用戶指導(dǎo)等六大重要的功能模塊。而在這六大不同的運(yùn)動(dòng)控制模塊中主要的兩項(xiàng)內(nèi)容就是定義運(yùn)動(dòng)控制功能塊接口以及定義軸狀態(tài)機(jī)。

三、PLCopen下數(shù)控機(jī)械控制器的開發(fā)過(guò)程分析

(1)PLCopen下數(shù)控機(jī)械控制器運(yùn)動(dòng)控制功能塊的總體設(shè)計(jì)

PLCopen下數(shù)控機(jī)械控制器運(yùn)動(dòng)控制功能塊的總體設(shè)計(jì)中除了需要采用到上述文中提到的IEC61131-3編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)之外，還需要利用“Look and feel”這一設(shè)計(jì)概念進(jìn)行研究開發(fā)。

從PLCopen運(yùn)動(dòng)控制庫(kù)的功能中可以看出，每一個(gè)功能模塊都具有自己的不同功能作用，而在此過(guò)程中，本文還設(shè)計(jì)了不同的輸出變量參數(shù)以及輸入變量參數(shù)、輸入/輸出變量參數(shù)等不同的系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)控制算法。在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中每一個(gè)功能模塊就會(huì)由一個(gè)以該功能模塊的專屬標(biāo)識(shí)符衍生的數(shù)據(jù)類型相定義，用戶只需要通過(guò)不同的定義對(duì)象對(duì)系統(tǒng)中輸入或輸出的具體運(yùn)動(dòng)控制對(duì)象進(jìn)行有效確定，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的程序化控制。

(2)PLCopen下數(shù)控機(jī)械控制器運(yùn)動(dòng)控制庫(kù)數(shù)據(jù)類型設(shè)計(jì)

在PLCopen下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制庫(kù)數(shù)據(jù)類型的設(shè)計(jì)，需要充分發(fā)揮上述結(jié)構(gòu)模塊中的不同功能作用，而這些功能模塊會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)接口進(jìn)行加工以及初始化設(shè)定，最終經(jīng)過(guò)打包成為一個(gè)完整的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型。從上述控制過(guò)程以及原理中可以發(fā)現(xiàn)，要科學(xué)對(duì)運(yùn)動(dòng)的控制庫(kù)數(shù)據(jù)類型進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，最關(guān)鍵的程序就是要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)類型進(jìn)行設(shè)計(jì)，而在設(shè)計(jì)過(guò)程中依然離不開IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范定義的三種數(shù)據(jù)類型，一種是導(dǎo)出數(shù)據(jù)類型，一種是基本數(shù)據(jù)類型，還有另外一種類型是數(shù)據(jù)類型，本文對(duì)運(yùn)動(dòng)控制數(shù)控類型的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)導(dǎo)出性的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行設(shè)計(jì)。與此同時(shí)，本文在對(duì)PLCopen運(yùn)動(dòng)控制庫(kù)的開發(fā)過(guò)程中還涉及到運(yùn)動(dòng)參數(shù)相關(guān)數(shù)據(jù)類型、軸/軸組相關(guān)數(shù)據(jù)類型以及運(yùn)動(dòng)控制相關(guān)數(shù)據(jù)類型這三種不同形式的數(shù)據(jù)類型結(jié)構(gòu)。

四、PLCopen下數(shù)控機(jī)械控制器的開發(fā)過(guò)程中需要注意的關(guān)鍵問(wèn)題

除了上述對(duì)PLCopen下數(shù)控機(jī)械控制器運(yùn)動(dòng)控制功能塊的總體設(shè)計(jì)與PLCopen下數(shù)控機(jī)械控制器運(yùn)動(dòng)控制庫(kù)數(shù)據(jù)類型設(shè)計(jì)之外，在控機(jī)械控制器的開發(fā)過(guò)程中還需要注意以下五個(gè)問(wèn)題：

第一，為了實(shí)現(xiàn)各個(gè)運(yùn)動(dòng)控制功能塊功能的獨(dú)立性，以及與軸相關(guān)控制信息的完整性和連續(xù)性，對(duì)單軸參考數(shù)據(jù)類型AX?IS_REF的設(shè)計(jì)。

第二，為了實(shí)現(xiàn)軸組功能塊規(guī)定的多軸協(xié)同控制以及物理單軸與概念軸組之間的聯(lián)系，對(duì)軸組參考數(shù)據(jù)類型AX?ES_GROUP_REF的設(shè)計(jì)。

第三，為了實(shí)現(xiàn)多個(gè)功能塊，乃至軸與軸之間的復(fù)合控制，并使控制方案按照一定的時(shí)序和邏輯關(guān)系執(zhí)行，對(duì)PLCopen運(yùn)動(dòng)控制狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)。

第四，運(yùn)動(dòng)控制類功能塊設(shè)計(jì)時(shí)，考慮加減速時(shí)運(yùn)動(dòng)控制塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

第五，對(duì)軸組功能塊進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，概念軸組的建立方法。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在PLCopen下進(jìn)行數(shù)控機(jī)械控制器的開發(fā)，通過(guò)將現(xiàn)代計(jì)算機(jī)領(lǐng)域先進(jìn)的編程技術(shù)與IEC61131-3編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有效結(jié)合，在此過(guò)程中采用PLC可編程控制進(jìn)行設(shè)計(jì)研發(fā)，從而為數(shù)控機(jī)械控制器的開發(fā)研究提供了一種科學(xué)的數(shù)據(jù)編程方式與程序命令運(yùn)行語(yǔ)言。一方面對(duì)我國(guó)機(jī)械工業(yè)的生產(chǎn)與制造具有重要的導(dǎo)向意義，另一方面使工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程朝著智能化、集成化以及自動(dòng)化方向轉(zhuǎn)型具有理論借鑒意義。

參考文獻(xiàn):

[1]劉艷強(qiáng),宋永立.基于PLCopen的數(shù)控機(jī)械控制器研究與開發(fā)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2013,02:63-67.

[2]王翰,宋寶,唐小琦.基于PLCopen標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,01:10-13.

[3]彭瑜.支撐智能制造的PLCopen規(guī)范和技術(shù)[J].自動(dòng)化儀表, 2015,10:1-8.

作者簡(jiǎn)介：劉書志（1996－），男，山東臨沂人，本科，主要研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、圖像檢測(cè)識(shí)別、人工智能。