PLCopen 第 4 部分打破 PLC机器人和运动控制之间的界限

越来越多的最终用户要求使用常用的PLC语言对机器人、运动控制器和PLC进行编程,这更容易让机器设备制造商的程序员理解,也更容易让最终用户服务人员进行维护。 为了降低复杂性,三个独立平台在外观、用户体验和功能上更加协调。 负责运动控制的 PLCopen 工作组提出了一系列标准化工具,允许直接从类似 PLC 的编程环境运行协调运动。

传统上,工业机器人是用复杂的专用语言进行编程​​​​中国控制工程版权所有。 除了机器人程序员能看懂之外,其他人根本看不懂。 运动控制器的范围更广,变化也更多。 它们一般使用PC库或其他专用语言进行编程,而PLC一般使用梯形图逻辑进行编程。 在当今的自动化环境中,PLC、运动控制器和机器人必须紧密集成。 机器设计中集成了许多要素,每个要素的优点都需要通过专用语言的编程来体现。

PLC编程

1968年,通用汽车公司需要开发一种可以替代硬接线继电器的设备,因此PLC应运而生。 自诞生以来,PLC 一直使用梯形逻辑进行编程。 PLC 可以轻松地使用数字和模拟设备控制过程,但如果要控制本质上是顺序的更复杂的过程,使用 PLC 比使用 BASIC、C 或 C# 语言困难得多。 经过多年的发展,PLC可以使用BASIC或C语言进行编程,但大多数情况下,它仍然依赖于梯形图(这是IEC61131-3规定的编程语言)。

许多低端PLC支持通过步进或直接输出进行运动控制。 一些更先进的运动控制可以使用更昂贵的专用模块来实现,但这些模块必须添加到基本系统中。 即便如此,大多数设备仍然使用梯形图逻辑进行编程,这需要对编程环境有更深入的了解,而编程环境因制造商而异,而更高级的功能通常由专用功能块来实现。

运动控制器

在一般市场上,典型的运动控制器一般包括插补运动(直线和圆弧)、协调运动、齿轮、凸轮和事件触发运动(使用传感器和位置锁存器)等。较旧的运动控制器使用专用的输入和输出设备每个轴。 运动输入包括使能、超程限制器和解码输入(每轴一个或两个); 运动输出包括伺服命令(通常为+/- 10 V模拟)和步进命令(步进或直接)。 大多数控制器还包含一些具有基本功能的 I/O。 新控制器依靠 EtherCAT 或 Mechatrolink 等网络将控制信号传送到驱动器,并发送和接收直接硬连线到驱动器的数字 I/O 信号。

在处理互连轴的运动方面,典型的运动控制器无法与机器人控制器竞争。 使用典型的运动控制器时,如果最终结果是移动到特定点,则必须为每个轴计算正确的位置。 机器人和其他具有机械互连机构的机械设备需要逆运动学。 使用逆运动学需要使用公式将现实空间中的特定点转换为单个位置信息。 机器人的每个关节(或轴)使用该位置信息将机械互连的机械设备移动到目的地点。 由于其范围广泛且变化多样,应用这些系统需要对专门的编程环境有相当多的了解。

运动控制技术_工控运动控制_运动控制工程师需要掌握什么/

PLCopen运动标准的第四部分包含运动控制功能块,将PLC、机器人和运动控制集成到许多制造商通用的易于理解的语言中。 通常,这些转换功能块由供应商提供,因此对于大多数生产制造商来说,如果运动控制器不支持,则无法添加此功能。 该标准支持 SCARA 和 DELTA,但除此之外,任何程序员都可以编写自己的运动转换函数。

机器人控制器

机器人控制器已被用来实现一些复杂机械设备的优化控制。 大多数控制器是针对特定设备定制的,需要使用制造商自己的专用编程语言进行编程。 这些编程语言根据产品平台的不同而有很大差异。 如果用机器人控制器来控制它定制的对象,效率非常高,但在通信性能、集成性能和可编程性方面并不是最好的。

过去,一般只有特定的机器人控制器支持动力学和逆动力学。 如今,提供一些机器人类型指令的运动控制器更为常见,尤其是针对包装自动化的运动控制器。 机器人控制器和运动控制器之间的界限变得模糊,但程序员仍然需要在这些不同的系统之间进行协调,因为每个系统都是使用专门为特定目的设计的语言进行编程的。

PLC与运动控制相结合

负责运动控制的PLCopen工作组对运动控制程序的各个方面进行了标准化,并对其进行了逻辑定义。 这是将 PLC、机器人技术和运动控制集成到一种易于理解的通用语言中的一流尝试。

许多功能块都是最基本的,例如相对运动和绝对运动。 在许多运动控制系统中,它们是非常简单且易于理解的功能块。 随着所需动作难度的增加,多个控制系统的标准化以及统一的外观和用户体验成为优势。

例如:当任何一个运动停止而下一个运动还没有开始时,将相对或绝对运动串联起来是非常简单的。 但想象一组更复杂的运动:在轴的速度达到零之前,它需要切换到下一个运动,从而将单个运动合并为轴整个路径上的多个运动。 PLCopen 运动控制规范建立了标准混合操作,以便程序员可以使用制造商可用的通用混合和转换模式来实现混合运动。

当移动机械互连并由数学模型控制的多个轴时,一个基本问题是通常不清楚哪个轴对于同步运动至关重要。 所以当故障发生时,运动控制器一般无法确定哪些其他轴受到影响。 通过定义运动组,PLCopen 可以处理这一问题,以便当其中一个轴组发生故障时,控制器可以生成适当的故障响应。 组的概念使程序员能够获得更大的自由度并专注于机器所需的特定任务。 通过实现如图所示的群组状态机,由控制器完成群组功能。

PLCopen运动控制规范的第四部分包括可以协调运动控制的功能块。 它扩展了三维多轴运动控制第一部分和第二部分的协调功能,以满足该领域的大部分要求。 应用要求。 它们定义了一组标准功能块,可应用于三维复杂运动控制,包括运动变换功能块。 通常,这些转换功能块由供应商提供,因此对于大多数生产制造商来说,如果运动控制器不支持,则无法添加此功能。 目前支持的主要有SCARA和DELTA机器人。 此外,任何程序员都可以编写自己的运动转换功能。 当需要将实际位置转换为关节空间,或将关节空间转换为实际位置时,特殊程序可以调用这些运动程序。

该标准在PLC、计算机数控、机器人控制和运动控制等以前独立的领域之间架起了一座桥梁。 目前,可以使用类似PLC的系统来编写完整的机械设备控制程序。 该标准使得机器人控制器和运动控制器不再是独立的系统,而是集成为控制系统的一部分。 在一个软件包中实现运动控制和逻辑控制的最重要优点包括逻辑控制器和运动引擎之间的无限数据交换,而不会出现传统系统中出现的延迟。 影响设备的性能。 事实上,现在可以利用机械设备控制器来实现机器人伺服轴与外设之间的完美同步,而这在以前只能在机器人控制领域实现。

独立编程

最后,PLCopen标准允许独立编程,完全独立于硬件或特定制造商。 如果不同的硬件供应商支持相同的底层代码并具有相同的行为模式,那么程序员就不必学习每个制造商的专有编程语言。 这样,复杂的机械设备控制系统CONTROL ENGINEERING China All Rights Reserve就可以在更短的时间内更快、更高精度地开发出来并投入市场。 PLCopen 通过降低工程复杂性和减少专门培训的需要使这种开发成为可能,使整个系统为许多现有的 PLC 程序员所熟悉。