研究PLCopen下數控機械控制器的開發(fā)

劉書志，徐松，王媛青島科技大學

研究PLCopen下數控機械控制器的開發(fā)

劉書志，徐松，王媛
青島科技大學

摘要：機械工業(yè)中最重要的系統(tǒng)就是控制系統(tǒng)，而與傳統(tǒng)的機械工業(yè)生產過程相比，現(xiàn)代化的工廠越來越多地使用到具有很大柔性以及易于數據編程、結構開放自動化的運動控制系統(tǒng)。但是在系統(tǒng)運動程序的編程過程中，可編程式的邏輯控制器還存在很多不足，因此，本文在“數控一代”的研究背景下，重點針對PLCo?pen運動控制規(guī)范與IEC61131-3工業(yè)控制編程語言標準對完整性的PLCopen運動控制庫進行開發(fā)研究。

關鍵詞：PLCopen；數控；機械控制器；開發(fā)

一、“數控一代機械產品”控制器的發(fā)展概況

隨著社會的進步，在工業(yè)生產制造過程中逐漸將IEC61131-3編程語言標準[2]應用到了可編程控制器的研究開發(fā)中，這一研究過程主要是通過采用現(xiàn)代計算機技術領域中的先進編程技術，從而使數控機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)展過程中為我國的自動化工業(yè)控制系統(tǒng)的設計研發(fā)提供了一種良好的匯編語言與設計思路。但是與IEC61131-3編程語言標準有所不同，現(xiàn)代化的數控機械控制器的研發(fā)是基于PLCopen這種背景下進行生產開發(fā)，它作為一種獨立性的產品國際協(xié)會與生產商，主要的活動項目就是通過對IEC61131–3編程語言標準進行有效支持以及推廣、宣傳，從而使更具標準化的程序運動控制接口與標準化的數據編程語言進一步實現(xiàn)靈活運用以及高效運用。

二、“數控一代機械產品”控制器的開發(fā)重要性

眾所周知，PLCopen運動控制規(guī)范[3]是一種為了解決不同企業(yè)以及不同廠商、同一個企業(yè)但不同控制對象系統(tǒng)不兼容的問題，通過采用PLCopen第二技術小組TC2這一主體發(fā)起的運動控制編程標準化規(guī)范，可以通過提供一種標準化的運動控制接口與標轉化的運動控制編程規(guī)范，從而進一步實現(xiàn)系統(tǒng)運動控制的標準化與兼容性。目前，PLCopen運動控制規(guī)范主要包括了液壓部分擴展功能塊、運動控制功能塊、協(xié)同運動控制功能塊、擴展功能塊、回零過程控制功能塊以及用戶指導等六大重要的功能模塊。而在這六大不同的運動控制模塊中主要的兩項內容就是定義運動控制功能塊接口以及定義軸狀態(tài)機。

三、PLCopen下數控機械控制器的開發(fā)過程分析

(1)PLCopen下數控機械控制器運動控制功能塊的總體設計

PLCopen下數控機械控制器運動控制功能塊的總體設計中除了需要采用到上述文中提到的IEC61131-3編程語言標準之外，還需要利用“Look and feel”這一設計概念進行研究開發(fā)。

從PLCopen運動控制庫的功能中可以看出，每一個功能模塊都具有自己的不同功能作用，而在此過程中，本文還設計了不同的輸出變量參數以及輸入變量參數、輸入/輸出變量參數等不同的系統(tǒng)內部運動控制算法。在結構系統(tǒng)中每一個功能模塊就會由一個以該功能模塊的專屬標識符衍生的數據類型相定義，用戶只需要通過不同的定義對象對系統(tǒng)中輸入或輸出的具體運動控制對象進行有效確定，就能實現(xiàn)對系統(tǒng)的程序化控制。

(2)PLCopen下數控機械控制器運動控制庫數據類型設計

在PLCopen下進行運動控制庫數據類型的設計，需要充分發(fā)揮上述結構模塊中的不同功能作用，而這些功能模塊會對數據接口進行加工以及初始化設定，最終經過打包成為一個完整的數據結構類型。從上述控制過程以及原理中可以發(fā)現(xiàn)，要科學對運動的控制庫數據類型進行開發(fā)設計，最關鍵的程序就是要對數據庫類型進行設計，而在設計過程中依然離不開IEC 61131-3標準規(guī)范定義的三種數據類型，一種是導出數據類型，一種是基本數據類型，還有另外一種類型是數據類型，本文對運動控制數控類型的設計主要是針對導出性的數據類型進行設計。與此同時，本文在對PLCopen運動控制庫的開發(fā)過程中還涉及到運動參數相關數據類型、軸/軸組相關數據類型以及運動控制相關數據類型這三種不同形式的數據類型結構。

四、PLCopen下數控機械控制器的開發(fā)過程中需要注意的關鍵問題

除了上述對PLCopen下數控機械控制器運動控制功能塊的總體設計與PLCopen下數控機械控制器運動控制庫數據類型設計之外，在控機械控制器的開發(fā)過程中還需要注意以下五個問題：

第一，為了實現(xiàn)各個運動控制功能塊功能的獨立性，以及與軸相關控制信息的完整性和連續(xù)性，對單軸參考數據類型AX?IS_REF的設計。

第二，為了實現(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，對軸組參考數據類型AX?ES_GROUP_REF的設計。

第三，為了實現(xiàn)多個功能塊，乃至軸與軸之間的復合控制，并使控制方案按照一定的時序和邏輯關系執(zhí)行，對PLCopen運動控制狀態(tài)機的設計。

第四，運動控制類功能塊設計時，考慮加減速時運動控制塊的設計和實現(xiàn)。

第五，對軸組功能塊進行設計時，概念軸組的建立方法。

五、結束語

綜上所述，在PLCopen下進行數控機械控制器的開發(fā)，通過將現(xiàn)代計算機領域先進的編程技術與IEC61131-3編程語言標準進行有效結合，在此過程中采用PLC可編程控制進行設計研發(fā)，從而為數控機械控制器的開發(fā)研究提供了一種科學的數據編程方式與程序命令運行語言。一方面對我國機械工業(yè)的生產與制造具有重要的導向意義，另一方面使工業(yè)生產過程朝著智能化、集成化以及自動化方向轉型具有理論借鑒意義。

參考文獻:

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

[2]王翰,宋寶,唐小琦.基于PLCopen標準的運動控制系統(tǒng)設計[J].華中科技大學學報(自然科學版),2014,01:10-13.

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

作者簡介：劉書志（1996－），男，山東臨沂人，本科，主要研究方向：計算機網絡、圖像檢測識別、人工智能。