PLCopen第4部分模糊了plc、机器人和运动控制之间的界限

越来越多的终端用户要求用熟悉的PLC语言编程机器人、运动控制器和可编程逻辑控制器(PLC)，这样机器制造商的程序员更容易理解，终端用户的服务人员也更容易维护。为了降低复杂性并协调三个独立平台的外观、感觉和功能，PLCopen运动控制工作组提出了一套标准化工具，允许从类似plc的编程环境中直接运行协调的运动。

传统上，工业机器人是用复杂的专有语言编程的，除了机器人程序员之外，任何人都很难理解。运动控制器广泛多样，通常使用PC库或其他专有语言进行编程，而plc则倾向于采用阶梯逻辑进行编程。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。许多元素被整合到机器设计中，每个元素都需要由专有语言展示的编程优势。

PLC编程

自1968年应通用汽车公司的要求(提出一种替代硬接线继电器的方法)成立以来，plc一直采用阶梯逻辑编程。它们可以很容易地控制需要数字和模拟设备的过程，但本质上更复杂的顺序过程比在BASIC、C或c#等编程语言中更难控制。plc已经发展到包括BASIC或C编程，但大多数仍然依赖于阶梯逻辑[在IEC 61131-3编程语言中]。

许多低端plc通过步进和方向输出支持运动控制。一些更高级别的运动控制可以通过必须添加到基本系统中的昂贵的专用模块来实现。尽管大多数设备是用梯形逻辑编程的，但大多数设备都需要熟悉编程环境，而编程环境在不同的制造商之间是不同的，而且它们的高级功能通常是通过专门的功能块来实现的。

运动控制器

一般市场的运动控制器通常包括插值运动(线性和圆形)、协调运动、齿轮传动、凸轮和事件触发运动(其中使用传感器和位置闩锁)。旧的控制器使用每个轴的专用输入和输出。运动输入，如使能、超过行程限制和编码器输入(每个轴一个或两个)和运动输出，如伺服命令(通常是+/- 10v模拟)和/或步进命令(步长和方向)。大多数控制器也有一些通用的I/O功能。新型控制器依靠EtherCAT (EtherCAT技术集团)或Mechatrolink (Mechatrolink会员协会)等数字网络将控制信号传递到驱动器，并接收和传输直接连接到驱动器的数字IO连接。

在处理链接轴上的运动时，典型的运动控制器无法与机器人控制器竞争。对于典型的运动控制器，如果末端执行器必须移动到特定的点，就必须为每个轴找出正确的位置。机器人和其他具有机械连接机构的机器需要逆运动学。逆运动学的使用需要公式将世界空间中的特定点转换为每个关节(或轴)将机械连接的机构移动到终点所需的单个位置。同样，由于这些系统种类繁多，大多数都需要熟悉特定的编程环境。

机器人控制器

机器人控制器的设计是为了实现对特定复杂机构的最佳控制。大多数控制器是为特定的设备制造的，并使用制造商创建的专门语言编程，这些语言在不同平台之间差异很大。机器人控制器在控制为其设计的设备库时非常有效;然而，在通信、集成或编程能力方面，大多数都不是最好的。

PLCopen标准的目标是允许编程独立于硬件或特定的制造商。当硬件供应商支持相同的底层代码，并以相同的方式运行时，程序员就不必学习与每个制造商相关的专有语言。

在过去，通常只有专用的机器人控制器支持运动学和逆运动学。现在，对于许多运动控制器来说，提供一些机器人类型命令的子集是非常常见的，特别是在针对包装自动化的控制器中。机器人控制器和运动控制器之间的界限正在变得模糊，但这仍然取决于程序员在这些不同的系统之间进行协调，每个系统都是用不同的语言编写的，通常是为特定的目的设计的。

PLC和运动一起

PLCopen运动控制工作组对机器控制编程的各个方面进行了标准化和逻辑定义。这是将PLC、机器人和运动控制结合在一种易于理解的语言中的最佳尝试之一，这种语言在许多制造商中都很常见。

许多功能块都是基本的;例如，相对运动和绝对运动是任何运动控制系统中都很容易理解的功能块。当所需运动的难度增加时，多个控制系统的标准化和通用外观和感觉是一个优势。例如，当每个单独的移动在下一次移动开始之前停止时，很容易将相对移动或绝对移动串在一起。但是，想象一下更复杂的一组运动，其中轴需要以某种非零速度转换到下一个动作，在轴的整个路径上将单个移动混合成一个流体运动。PLCopen运动控制定义了标准的混合操作，允许程序员通过制造商可以实现的常见混合和转换模式来实现这种流体运动。

当将多个轴与控制机械连接轴的数学模型一起移动时，一个基本问题是，并不总是清楚哪些轴对同步移动至关重要。因此，当故障发生时，运动控制器不能总是告诉其他哪些轴受到影响。PLCopen通过定义一个运动组来解决这个问题，这样当其中一个分组轴有错误时，控制器可以生成适当的错误响应。这种分组概念允许程序员自由地专注于机器所需的特定任务，并让控制器通过图中所示的组状态机的实现来处理组的功能。

PLCopen运动标准包括第四部分，其中包含协调运动的功能块。他们定义了一组标准化的功能块，用于在3D空间内复杂的运动控制，其中包括用于运动学转换的块。通常，这些转换必须由供应商提供，所以对于大多数制造商来说，如果运动控制器不支持它，就不能添加它。

有基本的支持机制，如SCARA和delta，但除了这些，任何程序员都可以编写自己的运动学变换。当需要将世界位置转换到关节空间时，可以使用专门的函数来调用这些运动学例程，反之亦然。

该标准现在正在plc、计算机数控(cnc)、机器人技术和运动之间建立一座桥梁。现在可以通过一个类似plc的系统对机器进行完全控制。该标准允许机器人和运动控制器成为控制系统的组成部分，而不是独立的系统。它们集成了运动控制和逻辑控制，这是现代机器控制的两个主要要求。将运动控制和逻辑控制放在一个包中有明确的优势，包括但不限于逻辑和运动引擎之间几乎无限的数据交换，而没有延迟，这可能会限制传统系统的性能。事实上，现在可以使用机器控制器在机器人和其他伺服轴之间进行完美的同步，这一壮举以前仅在机器人控制器领域是可能的。

独立编程

最终，PLCopen标准的目标是允许程序代码独立于硬件或特定的制造商。当不同的硬件供应商支持相同的底层代码，并以相同的方式运行时，程序员就不必学习与每个制造商相关的专有语言。这使得复杂的整机控制系统具有更高的精度和吞吐量，可以在更短的时间内推向市场。PLCopen通过降低工程复杂性和所需的专业培训，使整个系统对现有的PLC程序员更加熟悉，从而实现了这种开发。

- Jamie Solt是Yaskawa America Inc.的高级运动产品工程师。由CFE Media内容经理马克·t·霍斯克编辑，控制工程，mhoske@cfemedia.com．

在线

www.globalelove.com/archives四月有更多的信息和相关文章的链接。

www.ethercat.org

www.mechatrolink.org

www.plcopen.org

www.yaskawa.com

关键概念

• PLCopen运动标准第四部分包含协调运动的功能块。
• 该标准以一种易于理解的语言集成了PLC、机器人和运动控制，许多制造商都使用这种语言。
• 当自动化供应商支持该标准时，程序员就不必学习与每个制造商相关的专有语言。

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