运动控制标准简化机器设计，提高机器效率

由于用户需求的变化，需要新的机器设计理念:机械部件正在被机电一体化系统所取代。为了简化机械制造商和系统集成商对机电系统的应用，并让用户更好地理解，PLCopen及其成员开发了一套结合状态图的标准运动控制功能块。

PLCopen运动控制:高功能，抽象

PLCopen运动控制组指定了一个独立的构建块库。这提供了一个标准的命令集，同时向用户隐藏了底层架构和复杂性。这叫做抽象。

这种结构可以用于许多平台和体系结构。应用程序的开发可以独立于控制体系结构或品牌，开发人员可以决定在开发周期的后期阶段使用哪个体系结构。对于机器制造者来说，除了其他优势外，支持不同平台的成本更低，以独立的方式开发应用软件的自由，而不破坏生产率。此外，系统维护更容易，教育周期更短。

从机械到机电一体化机器设计

一个重要的用户群体是机械制造群体，其中包装行业最为活跃。包装行业必须通过提供替代包装技术来迅速对消费者行为的变化做出反应。这必须由生产线上更灵活的机器来完成。为了提供这种灵活性，我们必须超越机械解决方案，采用机械电子替代方案。当然，这其中也包括起关键作用的适应性软件。

运动控制功能块规格的接受水平很高，欧洲包装行业的供应商尤其先进。包装机出口到世界各地，这意味着，不同的地区需要不同品牌的控制器。即使这些控制器在同一台机器上使用，并提供相同的功能，但为了实现全球输出，必须执行几个不同品牌的控制器。

不断变化的消费者需求增加了对柔性机器设计的需求

不断变化的消费者需求转化为对更灵活的制造和包装的需求。咖啡就是一个简单的例子。我们都熟悉真空密封的磅包和砖块。它们在商店货架上已经有很长时间了。超市的表演种类繁多，有不同的口味和不同的包装技术。咖啡的基本原理没有改变。流程方面已经完成，不能提供更多的效率。这意味着注意力集中在市场上的展示，以及消费者身上。

另一个例子是knäckebröd(瑞典大饼)，以及类似的产品，在相同的包装中包含更小的实体，以保证产品的新鲜度。要实现此更改，必须更改生产环境中的基础设施:必须添加打包功能。

同样的生产线需要执行这些和其他有时是临时的更改。

更多的用户需求需要新的机器概念

新一代包装机必须满足用户的两个要求:免维护机器(或至少低和可预测的维护)和易于清洁的最大卫生。如果将这两个目标用于新包装机的开发，会有什么样的结果呢?

它们要求机器制造商必须移除所有可能吸灰尘或需要加油的机械部件:滑轮、皮带、齿轮箱和机械凸轮等。

在实践中，这意味着一个传统的机器(图3)有118个功能单元将减少到23个功能单元，减少81%。

如何进行机电一体化的机械设计

从传统的机械设计转向更机电一体化的设计，导致更少的组件，更容易清洗。机械电子操作系统也更清洁、更简单、更透明、更快、更便宜。这就是终端用户想要的。

在机电一体化的解决方案下，控制系统及其软件起着至关重要的作用。这是关于控制系统中的软件，而不再是机制的质量。这通常会导致一个不同的问题在一般的机器制造商，平均来说，在50到100年的商业和家庭拥有，有机械设计背景。从传统的机械思维转变为专注于软件和控制的组织是非常困难的，因为机制是在后期才出现的。

在PLCopen运动控制中，这是公认的，并实现了逻辑和运动任务之间的紧密耦合。控制软件在包装机的成功中扮演着越来越重要的角色。30年前，机器设计几乎不包含任何软件。现在，软件占到生产线总成本的50%。

运动控制标准统一了不同的机器结构

运动控制市场有各种各样的运动系统。它们都有自己的专有技术、语言、方言、总线、开发环境和其他变体。尽管需要标准化，但它是不可用的。

机器制造商希望以可重复使用的应用服务于广阔的市场。一般情况下，机器生成器支持多个层次:高端机器、中端机器和低端机器。机器生成器不希望参与三种类型的应用程序开发。为什么移动一个轴需要10个描述，而一个就可以了?为什么我们必须知道哪个电机，控制或编码器已经在应用阶段?

在不同的层次上处理这样的用户。所有系统方面都在运动控制功能中实现，并且与硬件无关。PLCopen运动控制标准做到了这一点。

PLCopen运动控制套件的规格

PLCopen运动控制规范的第一部分包括单轴和多轴的运动功能，几个管理任务和一个状态图。后者用于控制和安全方面:不是所有命令都能在任何时候发布到机器上;一个人必须经过一定的程序。

在测试新连接的轴时显示出解的独立性。无论使用什么系统，用户只需要几个步骤就可以旋转轴:打开电源，启动home程序，最后给轴一个移动命令，比如“绝对移动”。通过这三个简单的步骤，轴必须移动。

人们不想知道接口背后的网络是什么。这是供应商必须做的事情。标准提供在一个小程序中调用的建筑模块。编译代码，下载并播放它。如果轴不转动，是供应商的问题，不是用户的问题。

PLCopen已经定义了一套运动控制规范。第1部分—基础知识包括第2部分中定义的原始扩展。第3部分-用户指南，第4部分-插值(读:机器人)和第5部分涵盖了归巢扩展。

第3部分-用户指南展示了用户如何创建一组基于IEC标准和PLCopen运动控制功能块的构建块。这些块可以跨项目和平台重用。

例如，在第2部分中定义了一个注册函数，但没有给出使用的输入。传感器输入可能来自一个未知的位置(直接或网络)和/或传感器需要补偿。该功能由标准块组成，其中注册函数与其他用户定义的块定义，并可以添加到公司自己的库中。这个注册功能可以在公司范围内使用，并且源代码可以在不同的平台上使用。这样可以节省下一台机器的时间和金钱。

运动控制标准:供应链市场接受度

PLCopen运动控制标准为供应链的挑战提供了解决方案。供应链由独立的软件供应商、控制硬件供应商、机器制造商及其最终用户客户组成。

软件供应商满足于使用运动控制标准，这使得软件供应商更容易与他们的(潜在)用户——控制供应商对话。他们只需要实现一次运动控制标准，对底层架构只做一些小的改变。

拥有新系统的硬件供应商也认为这是向前迈出的重要一步:他们不再需要开发自己的规格。存在时间较长的运动供应商对接受运动控制标准持怀疑态度，因为他们担心其差异化的可能性会受到限制。

这种担心是没有根据的。有不同的网络，控制系统，操作系统，安装和维护工具，驱动器，电机和编码器的范围。多元化是适用的。在任何环境下，绝对运动始终是绝对运动。最好不要改变这一点。通过提供的构建块、工具软件套件、伺服系统、编码器、调优和其他设计元素，可以实现多样化。运动供应商愿意将他们现有的平台整合到一个环境中，同时合并他们不同的运动控制小组的专有技术，以增加协同作用。运动控制标准提供了一种摆脱各种不同实现的潜在方法。

链条上的下一个环节是机器制造者。有些公司与过去的技术有了明显的突破。他们正在与开发机电一体化解决方案的知识中心合作。这一趋势导致了合并和收购，创造更大的业务，以扩大和拓宽市场提供新一代的机械。

在链条的末端是购买和使用机器的终端用户。他们希望灵活性和更少的停机时间:更快、更好、更便宜。PLCopen运动控制标准支持这一点。

Eelco van der Wal董事总经理,PLCopenCFE Media的内容合作伙伴。由内容经理马克·t·霍斯克编辑，控制工程，CFE媒体与技术，mhoske@cfemedia.com。

关键词:运动控制，伺服控制，机器制造标准

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