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智能制造的PLCopen运动控制规范

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智能制造的PLCopen运动控制规范支持智能制造的PLCopen运动控制规范彭瑜PLCopen中国组织上海工业自动化仪表研究院2013.11.4上海内容提要PLCopen运动控制规范是智能制造的重要基础PLCopen运动控制规范概述PLCopen运动控制规范两种应用实现PLCopen运动控制规范是智能制造的重要基础运动控制是智能机械控制的重要基础机械装备的制造加工功能一般是通过其相关的部件的运动来实现的,尽管制造加工的原理常常有很大的差异(如冷加工的金属切削、热加工的焊接、锻造、……),但是都离不开机械部件的运动。从这个意义上说,运动是机械装...

智能制造的PLCopen运动控制规范
支持智能制造的PLCopen运动控制规范彭瑜PLCopen中国组织上海工业自动化仪表研究院2013.11.4上海内容提要PLCopen运动控制规范是智能制造的重要基础PLCopen运动控制规范概述PLCopen运动控制规范两种应用实现PLCopen运动控制规范是智能制造的重要基础运动控制是智能机械控制的重要基础机械装备的制造加工功能一般是通过其相关的部件的运动来实现的,尽管制造加工的原理常常有很大的差异(如冷加工的金属切削、热加工的焊接、锻造、……),但是都离不开机械部件的运动。从这个意义上说,运动是机械装备的本质特征。不过,不同的工艺对运动控制的关注点有很大差异,在技术细分时应予以特别之注意。运动控制泛指通过某种驱动部件(诸如液压泵、直线驱动器,或电动机,通常是伺服电机)对机械设备或其部件的位置、速度、加速度和加速度变化率进行控制。由此可见,运动控制系统是确保数控机床、机器人及各种先进装备高效运行的关键环节。运动控制技术是装备制造领域的核心技术。机器人和数控机床的运动控制要求更高,这是因为其运动轨迹和运动形态远较若干专用的机械装置(如包装机械、印刷机械、纺织机械、装配线、半导体生产设备)复杂。伺服控制越来越普遍应用于智能控制智能制造的重要环节之一是如何把以伺服驱动为核心的运动控制与逻辑控制和顺序控制完美地结合起来,形成快速、精准、节能、高效的智能化控制。当前在成形加工(包括塑料成形、冲压成形、压铸成形等)的装备中,呈现用伺服驱动系统替代液压驱动或机械驱动系统的发展趋向。例如全电动注塑机采用伺服系统驱动注塑泵,大大减少压力波动,提高产品质量,节能效果显著;伺服冲床或锻压机械采用伺服系统直接带动偏心轮实现滑块的运动轨迹控制(行程、速度曲线等),不但大大简化的机械设计(去除了蓄能的飞轮机构),而且大大提高生产率和成形质量,降低能耗,满足多种工艺要求。这种趋向是近年来在包装机械及其生产线、印刷机械及其生产线、纺织机械、塑料及橡胶加工机械等广泛采用伺服系统实现数字化和智能化的成功实践中,全方位地向各类机械装备推广运用的体现。数字化伺服系统具有足够的优越性数字化伺服系统本身十分典型地体现了智能控制技术的优越性:在进行精确定位控制的同时,还可满足速度控制和转矩控制的要求通过工业以太网可方便实现多轴同步控制快速运动:启动力矩大,加减速控制功能强节能潜力巨大便于用软件来实现各类机械装置运动过程中负载控制的要求伺服系统技术复杂,价格较贵。这也许是一个障碍。但可以肯定,随着越来越广泛的运用,生产批量越大,它的成本会迅速下降。而随着机械系统变得简约,整体的成本也会显著降低。市场需求推动运动控制软件的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化进程长期以来,用户可在很大范围内选择实现运动控制的硬件。不过,每种硬件都要求独自而无法兼容的开发软件。即使所要求的功能完全相同,在更换另一种硬件时,也需要重新编写软件。这一困扰运动控制用户的问 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ,其实质就是如何实现运动控制软件的标准化。这实际上是一种市场推动。PLCopen组织考虑到用户存在运动控制软件标准化的需求,从1996年就建立了运动控制规范工作组,历时十多年完成了这一具有挑战性的工作。PLCopen开发运动控制规范的目的PLCopen开发运动控制规范目的在于:在IEC61131-3为基础的编程环境下,在开发、安装和维护运动控制软件等各个阶段,协调不同的编程开发平台都能满足运动控制功能块的标准化要求。由此我们可以清晰地看出,制定PLCopen运动控制规范是为了构建满足各类运动控制要求的模块化的软件系统。建立标准的运动控制应用功能块库PLCopen对运动控制标准化的技术路线是,在IEC61131-3为基础的编程环境下,建立标准的运动控制应用功能块库。这样做的原委是:让运动控制软件的开发平台独立于运动控制的硬件让运动控制的软件具有良好的可复用性让运动控制软件在开发、安装和维护等各个阶段,都能满足运动控制功能块的标准化要求特别是该规范的第四部分,创造性地规范了多轴协调运动控制的理论基础和功能性,并详尽规定了各种相关的功能块。经过多年的努力,现在已经有了很好的实现,既有集合机器人、CNC(数控机床)和通用运动控制的工程软件平台,也有硬软件一体化的PLC系列产品,还有许多实际应用运动控制规范的智能装备。通过运动控制功能块实现与硬件无关的开发从软件的角度从硬件角度封装/信息和代码隐藏SercosDriveMotor输入模块名输出I/FEPWMI/FDriveMotorEIEC61131-3为运动控制软件提供良好架构IEC61131-3为机械部件的运动控制提供一种良好的架构PLCopen为运动控制提供功能块库,最显著的特点是:极大增强了运动控制应用软件的可复用性,从而减少了开发、培训和技术支持的成本只要采用不同的控制解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,就可按照实际要求实现运动控制应用的可扩可缩功能块库的方式保证了数据的封装和隐藏,进而使之能适应不同的控制系统架构,譬如说集中的运动控制架构、分布式的运动控制架构,或者既有集中又有分散的集成运动控制架构它不但服务于当前的运动控制技术,而且也能适应今后的或正在开发的运动控制技术所以我们说,IEC6113-1-3与PLCopen的运动控制规范的紧密结合提供了理想的机电一体化的解决方案PLCopen运动控制规范概述PLCopen制定运动控制功能库标准PLCopen国际组织专门制定了运用于智能制造的运动控制库。现已成为国际公认的运动控制规范。有兴趣请登录www.plcopen.org查阅。运动控制库名称发布时间第1部分运动控制库2001年11月第2部分扩展2004年4月第3部分用户导则2004年4月第4部分运动控制的协调2008年12月第5部分回零功能2006年4月第6部分液压驱动扩展2011年11月2011年3月的新版本中,将第一、第二部分合并,称为《运动控制功能块》PLCopen运动控制规范的基本内容基本上,每个规范都包含了3部分:定义状态机定义单轴和多轴运动控制的功能块的基本集合规定符合规则和语句运动控制规范Pt.1的状态图(8个状态)SynchronizedMotionDiscreteMotionContinuousMotionStoppingErrorStopHomingStandstillDisabled上电回原点命令状态图及其部分转移MC_MoveAbsoluteMC_MoveRelativeMC_MoveSuperimposedMC_MoveSuperimposedMC_MoveAbsolute;MC_MoveRelativeMC_MoveVelocityMC_MoveAdditiveMC_MoveAdditive;MC_PositionProfileMC_VelocityProfileMC_PositionProfileMC_AccelerationProfileMC_MoveVelocityDiscrete间歇运动MotionMC_VelocityProfileContinuous连续运动MotionMC_AccelerationProfileMC_MoveAbsoluteMC_StopMC-StopMC_MoveRelativeMC_MoveAdditiveNote1MC_MoveVelocityMC_MoveSuperimposedDoneMC_VelocityProfileMC_PositionProfileMC_AccelerationProfileStopp停止ingDoneNote1:MC-StopAllFBscanbecalled,althoughtheywillnotbeexecuted,exceptDoneMC_ResetandError–willgeneratethetransitiontoStandStillorHomingStandstillDisabled停用回零MC_Stop待机ErrorStopresp..MC_HomeMC_GearIn(Slave)MC_CamIn(Slave)MC_Phasing(Slave)MC_MoveSuperimposed(Slave)MC_GearIn(Slave)SynchronizedMC_CamIn(Slave)Error同步运动MotionMC_GearIn(Slave)MC_MoveVelocityMC_CamIn(Slave)MC_GearOutMC_StopMC_CamOutMC_VelocityProfile状MC_AccelerationProfileMC_MoveAbsoluteMC_MoveRelativeMC_GearIn(Slave)MC_PositionProfileMC_CamIn(Slave)MC_MoveAbsoluteMC_MoveRelativeMC_MoveSuperImposedMC_MoveSuperimposedMC_MoveAbsolute;MC_MoveRelative;MC_MoveVelocity态MC_MoveAdditiveMC_MoveAdditive;MC_PositionProfileMC_VelocityProfileMC_PositionProfileMC_AccelerationProfileMC_MoveVelocity;MC_VelocityProfile;ContinuousDiscreteMotionMC_AccelerationProfile图间歇运动连续运动MotionMC_MoveMC_Stop-AbsoluteNote1MC_Stop-Relative-Additive-SuperimposedError全MC_PositionProfileStopping停止ErrorMC_MoveVelocityErrorMC_VelocityProfileDoneNote1MC_AccelerationProfile图MC_Stop出错停止ErrorStopNote4MC_ResetErrorNote2MC_StopErrorDoneHoming回零StandStillDisabled待机Note3停用MC_HomePLCopen的运动控制规范的功能块AdministrativeMotion管理运动SingleAxesMultipleAxesSingleAxesMultipleAxes单轴多轴单轴多轴Non-InterpolatedPowerCamTableSelectMoveAbsoluteCamInClearPendingActionsMoveRelativeCamOutReadStatusMoveSuperImposedGearInReadAxisErrorMoveContinuousGearOutReadParameterMoveVelocityWriteParameterHomeReadActualPositionStopPositionProfileVelocityProfileAccelerationProfile第一部分:运动控制功能块PLCopen的运动控制规范的功能块AdministrativeMotion管理运动SingleAxesMultipleAxesSingleAxesMultipleAxes单轴多轴单轴多轴TouchProbeTorqueControlGearInPosAbortTriggerDigitalCamSwitchReadDigitalInputReadDigitalOutputWriteDigitalOutputSetPositionSetOverrideReadActualVelocityReadActualTorque第二部分扩展功能块举例MoveabsoluteAXIS_REF用作定义输入和输出变量,AXIS_REF是一个导出数据类这些变量在AXIS_REF内使用,作为该型Var_In_Out。所有的制功能块的输入和输出参数。可以用其它造厂这种数据类型,用来指向功能块对这些参数进行修改,也可接收一个驱动轴的马达或驱动器外部变量的数值。MoveAbsoluteAxisAxisAXIS_REFAXIS_REFBOOLExecuteDoneBOOLREALPositionCommandAbortedBOOLREALVelocityBusyBOOLREALAccelerationActiveBOOLREALDecelerationErrorBOOLREALJerkErrorIDWORDMC_DirectionDirectionMC_BufferModeBufferModeMoveabsolute功能块的文本表达FUNCTION_BLOCKVAR_OUTPUTMC_MoveAbsoluteDone:BOOL;VAR_INPUTBusy:BOOL;Active:BOOL;Execute:BOOL;CommandAborted:ContinuousUpdate:BOOL;BOOL;Position:REAL;Error:BOOL;Velocity:REAL;ErrorID:WORD;Acceleration:REAL;END_VARDeceleration:REAL;Jerk:REAL;VARDirection:(*definelocalvariableshere*)MC_DIRECTIONEND_VARBufferMode:MC_BUFFER_MODE(*definetheinternalEND_VARcodehere*)VAR_IN_OUTEND_FUNCTION_BLOCKAxis:AXIS_REF;END_VAR多维的运动控制协调结构从技术上讲,我们可以按其协调控制的结构把运动控制划分为两类:①主/从运动控制。即主轴的定位生成一个或多个从轴的定位命令。主要用于印刷、包装、纺织等行业的运动控制。②多维的运动控制协调结构。其中没有主轴从轴之分,只有由多个轴构成的集合,称之为轴组(或轴集合)。只有这样才可能进行更好的轨迹和路径规划,解决CNC、机器人等的复杂运动控制问题。通过定义一组具有相关协调运动的功能性的功能块,以及定义一个高层级的状态图来链接该轴组内的多个单轴的状态图,达到多维运动控制的协调控制。PLCopen运动控制规范各部分之间的关系PLCopen第四部分的功能PLCopen第一、二部分的功能SAI单轴插补PLCopen运动控制规范的第四部分,旨在定义对其第一和第二部分在三维空间多轴运动控制的协调功能进行扩展,以满足在此领域中绝大部分的应用需求。主/从结构下单轴和轴组的协调运动控制单轴对单轴同步单轴单轴MC_GearInPosPt.1MC_CanIn多轴功能块单轴对轴组同步轴组对单轴同步MC_SyncAxisToGroupMC_SyncGroupToAxisPt.4跟踪轴组同步运动轴组轴组MC_SetDynCoordTraformationMC_TrackConveryorBeltMC_TrackRotaryTable多轴协调运动控制的状态图6个状态:轴组运动、轴组停止、轴组回原点、轴组等待、轴组出错停、轴组禁用轴组状态图和单轴状态图的关系右例是轴组状态图与3个单轴状态图的关系轴组向该组中的一个单轴发出命令基本上有3种选择:①将单轴命令叠加在轴组命令上;②不允许,不接受命令且不执行;③当前轴组命令失效,只执行单轴命令。多自由度运动的协调控制实际上,PLCopen的运动控制规范的第一、第二部分处理的是主/从运动控制,它是协调运动控制中的一种类型。这里,主轴的定位生成一个或多个从轴的定位命令。在多维的运动控制中没有主轴,只有由多个轴构成的集合,可以称之为轴组(或轴集合)。我们通过定义一组具有相关协调运动的功能性的功能块,以及定义一个高层级的状态图来链接该轴组内的多个单轴的状态图,达到多维运动控制的协调控制。用此 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 才可能完成更好的轨迹规划。同时,还可以避免主/从运动控制时当某个轴出错,而其它的轴浑然不知,仍继续其运动的问题。因为将相关的轴构成一个轴组,就可以预先感知哪几个轴发生问题,为取得更好的出错处理方法打好基础。融合PLC、CNC和机器人控制的编程方法PLCopen运动控制所定义的功能块,使用户能迅速地识别其功能性,并且还能清晰了解在它被激活时,或者在一序列运动命令中它与其它功能块相连接时会发生些什么,或者说会做些什么。面向运动轨迹的编程,或者用专门面向机器人的编程语言,或者用常用在CNC编程的G代码。它们都可以在相当宽泛的应用中很好地描述机械运动。不过,使用这两种编程方法的用户过于专业,也许不能适应今后智能制造的普遍而广泛的推广应用。PLCopen运动控制规范的第四部分,就是为了把在CNC和机器人控制中运用的功能性,变换为在PLC也能方便运用的功能性,使得培训和掌握CNC和机器人编程的人员更为容易。多轴协调运动控制的一些关键技术为了解决数控机床和机器人实际应用中必须妥善处理的问题,PLCopen的运动控制规范第四部分给出了以下关键技术的描述:坐标系变换和逆变换运动学变换和逆变换运动轨迹规划运动混成(blending)速度和加速度平滑(buffering)用坐标系描述3维空间中运动轨迹轨迹的本质在于协调两个或多个轴的运动,以指定的速度从某个起点沿着所规定的路径到达某个目标点。所谓路径可以是直线运动、圆周运动,或者是仿形运动。在3维空间中要规定一种路径(或者任意位置信息)需要一种坐标系。在PLCopen运动控制规范的第四部分,将坐标系定义为:与轴相关的坐标系ACS与机械相关的坐标系MCS与产品或工件相关的坐标系PCS3个坐标系:ACS、MCS和PCS轴坐标系ACS:相对于物理电机和由单个驱动器形成的单向运动的坐标系。机械坐标系MCS:相对于机械装置的坐标系。对于机械装置来讲,这是一个原点为固定位置的直角坐标系,而原点则在机械装置启动时予以定义。通过前向和后向的运动学变换,可将多个单轴的坐标系与MCS连接起来。产品坐标系PCS:产品的坐标系。在CNC中常称为程序坐标系(或程序员坐标系)。通常情况下,PCS建立在MCS的基础上,即通过MCS移位(也可旋转)来建立PCS。PCS的零点与产品相关,在运行期间可用程序来改变零点。通过在PCS指定一个轨迹就能描述该轨迹,而与机械装置无关。通常进行直角或柱面变换,就可以将PCS映射为MCS,或者将MCS映射为PCS。用功能块实现坐标系变换为了在空间规定一个点或一个方向,其所在位置总应该参照一个坐标系。通过变换,可将此位置变换为另外的坐标系。在PLCopen运动控制规范中,定义了这类进行变换的功能块,通过将这些对于编程员来说是一种较复杂的变换,封装为可以方便使用的功能块,使他们在日常工作中进行这些变换时得心应手。应该注意的是,在同一时间所有多轴的命令只能参照这些坐标系中的一个,而不允许同时参照不同的坐标系。ACS、MCS和PCS坐标系变换举例正向运动学直角/柱面变换变换逆向运动学变换为表述处于一个2维工件(上图中红色的梯形)上的P点,可以等效的用PCS坐标系(蓝色)、MCS坐标系(黑色)和ACS坐标系(绿色)予以定义。在PCS中,PPCS=(XPCS,YPCS);在MCS中,PMCS=(XMCS,YMCS;在ACS中,如果是一个具有两个旋转轴的SCARA机器人,则PACS=(1,2)。运动学变换轴通过机械连接使处在空间中的刀具中心点(TCP,ToolCentralPoint,即刀尖)产生运动。TCP是机械装置中一个很独特的点,有时也称它为操纵点(effector)。通过运动学变换将ACS与MCS之间建立对应关系连接,叫做正向变换。运用运动学变换,可把ACS中的一个位置变换为MCS中的一个位置;反过来也可运用逆变换,把MCS中的一个位置转换为ACS中的一个位置。下图左是一个简单的直角型机械结构,其轴正好对应MCS的3个坐标轴X、Y和Z,进行运动学变换很方便。我们可以用X、Y和Z的坐标来定义其上的TCP。在最简单的情形下,ACS等同于MCS。但在工业实际中,有许多非直角的结构,如SCARA机器人和三脚架,这时运动学变换就变得复杂了。激活坐标系变换功能块如果TCP必须跟随一个运动目标,要完成这种运动就要进行动态的坐标变换,使PCS相对于MCS运动。这首先要激活坐标系变换功能块MC_SetDynCoordTransform。如果动态坐标变换被激活,则该轴会跟随该动态变换,或者停在一个ACS(或MCS)内。举例:一个机器人从一个固定位置抓取一个螺钉,然后把它固定在随着传送带运动的的工件上。步运动命令轴(组)行为应用举例1激活ACS变换为MCS轴组静止(不动)初始化,MCS静止2MC_MoveAbsolute轴组运动至所命令的位置,运动至准备位置,等(在MCS)且停在静态的MCS内不动待工件3在MCS中的运动命令轴组运动至所命令的位置,运动至存放螺钉的固且停在静态的MCS内不动定的箱子位置4在MCS中的运动命令抓取命令抓住一个螺钉5激活动态PCSPCS被激活,随传送带同PCS准备好待用步运动6在PCS中的运动命令轴组运动至所命令的位置,放置螺钉,跟随传送随动态PCS一起运动带上的工件运动7拧紧螺钉命令轴组仍然跟随传送带运动将螺钉拧紧在工件上8在MCS中的运动命令轴组运动至所命令的位置,运动至放螺钉箱的位即MCS内放螺钉箱的位置置,等待下一个工件9在PCS中的运动命令轴组运动至所命令的位置,将螺钉放在新工件上,随动态PCS一起运动跟随传送带上工件动点对点运动和笛卡尔路径运动(1)通过一个功能块使机械装置上的刀具中心点TCP按命令运动至一个新的位置。使用不同的功能块,可使到达这一新位置的路径有所差异。需要注意的是,该点所处的坐标系并不对此路径产生任何影响。基本上,有两类运动需要加以区别:点对点运动PTP(又称连接插补运动)笛卡尔路径运动CP(又称连续插补运动)本质上,点对点运动是为了尽可能快的到达命令所要求的位置。完成此运动可在每个轴方向上移动最短的路程,从而从起始点到达目标点。通常这类运动是到达新目标点的最快方式,因为在任意时刻在某个轴方向是以其动态极限的速度在运动。此时刀具中心点运动的路径和路径速度都不是要关注的。此类运动主要用于手工操作和那些TCP路径不是关键的场合。点对点运动和笛卡尔路径运动(2)笛卡尔路径运动让TCP在笛卡尔空间中按规定的路径运动。路径可以是一组直线、一个圆弧,或者是一种样条 函数 excel方差函数excelsd函数已知函数     2 f x m x mx m      2 1 4 2拉格朗日函数pdf函数公式下载 。到达新目标点的路径是很关键的。举例说,如果在加工一个工件TCP的路径就非常重要。而且也必须直接控制路径的速度。与点对点运动不同,在笛卡尔路径运动时,每个轴方向的位置都由所指定的路径和运动学逆变换来决定。点对点运动的功能块有:MC_MoveDirectAbsoluteMC_MoveDirectRelative笛卡尔路径运动的功能块有:MC_MoveLinearAbsoluteMC_MoveLinearRelativeMC_MoveCircularAbsoluteMC_MoveCircularRelativeMC_MovePath点对点运动和笛卡尔路径运动(3)MC_MoveDirect黑色曲线MC_MoveLinear绿色直线MC_MoveCircular蓝色曲线上左图表示从S点运动至E点采用不同的运动类型的路径差异。上右图表示运动过程中的速度为什么需要样条路径插补和加速度平滑(1)以五轴联动数控机床为例。五轴线性刀具路径由一系列的指令定义,每一个离散指令包含位置和方向信息,其中位置向量描述刀尖点的轨迹,方向矢量描述刀轴的方向。对这些离散指令进行线性插值,就获得了刀具的连续运动。将数控指令发给数控系统后,数控系统将在机床动力学特性的约束下,实时规划出每一个轴的位置、速度和加速度。因此刀具路径将影响机床进给的动态特性。为什么需要样条路径插补和加速度平滑(2)如果刀具路径是线性的,刀具运动被定义为相邻轨迹之间的直线段运动。在线段连接点处,刀具估计的切向和曲率都是不连续的。考虑数控机床的最大加速度和加速度变化率(跃度)都是有限值,这种不连续往往导致进给速度产生波动。这种波动将造成机床的真实进给速度一般要低于数控代码中指定的进给速度。因此,用光滑的参数样条曲线来取代线性刀具路径,显然是提高加工效率和加工表面质量的重要方法。由上分析可见,五轴样条轨迹插补和加速度平滑是五轴联动高速高精度轨迹跟踪的关键技术。运动的混成(blending)和缓冲(buffering)插补型运动控制的基本部分是对轴组实施一连串连续、且具有缓冲(buffered)的运动命令的混成。如果没有混成,轴组的TCP会向前运动至命令所要求的位置,减速并精准地停在该位置不动,接下去的缓冲减速运动命令不会被激活。显然,轴组必须再加速。在许多应用中,会要求TCP具有不同的行为特性,要求不停顿的连续不断的运动。这是因为:减少加工处理的循环时间(例如抓取和放置)为了减少机械应力,要生成平滑的运动有些应用要求TCP进行恒速运动(如喷涂、焊接、胶合等)所有这些要求都可以用不同类型的运动混成加以满足。所有这些类型的运动混成有一个共同点,就是修正原始的路径,从而得到平滑而没有拐角的轨迹。运动的混成和缓冲(续)在多轴协调运动控制中插补的运动命令的混成不同于单轴上的运动的混成。对单轴而言,命令所指定的位置总是达到的。在多轴协调运动中,到达(或经过)命令所指定位置的时刻,正好可以按照缓冲模式(BufferMode)的输入参数改变速度。插补运动控制中的几种类型的运动混成可考虑为与应用和过程相关,因此还必须在插补运动控制中导入多种新的运动混成类型。不同的插补方法会使用不同的混成的输入参数,所以要按所采用的插补方法改变混成的输入参数。运动控制产品供应商可根据自己的诀窍和经验来规定混成功能块的输入参数。所插入的修改原始路径(即轮廓曲线)的曲线,并非PLCopen运动控制规范的内容。一般由供应商为运动混成所规定的输入参数予以定义。混成模式对TCP运动轨迹和速度的影响第1个运动命令终止,立无混成减速混成减速即启动第2个运动命令BufferedAbortingwithoutBlendingBlendingp2p3p2p3p2p3p4TrajectoryofTCPp1p1p1SpeedofTCPttt从原理上看,两个接续的运动命令在不同的混成模式下TCP(刀尖)的运动轨迹和相应的速度变化曲线缓冲减速模式概貌NoMC_BUFFER_MODE说明0Aborting立即启动功能块FB(缺省模式)1Buffered在当前运动已完成后启动FB2BlendingLow以两个FB的速度中取低速混成3BlendingPrevious以第1个FB的速度混成4BlendingNext以第2个FB的速度混成5BlendingHign以两个FB的速度中取高速混成轴组的缓冲减速模式采用单轴的缓冲减速模式,即缓冲减速模式同样适用于轴组和单轴。过渡模式概貌No.MC_TRANSITION_MODE说明0TMNone无过渡曲线插入(缺省模式)1TMStartVelocity以给定的启动速度过渡2TMConstantVelocity以给定的恒定速度过渡3TMCornerDistance以给定的角距过渡4TMMaxCornerDeviation以给定的最大角偏差距过渡5-9PLCopen保留10-供应商专用模式…以上定义了基本的过渡模式。其它模式可有供应商自行定义。不同供应商可依据过渡模式给出自己特定的过渡参数,描述轮廓曲线。编程举例1:初始化程序通过发出以下功能块启动一个运动控制轴:用一个MC_Power使该轴进入待用状态用一个绝对位置定位的功能块MC_Home,让该轴返回原点。这时必须定义原点位置。也可以其它的功能块,如MC_MoveVelocity接着可以对该轴进行定位,如MC_MoveAbsolute。输入下面是这3个功能块组合的图形表达到达原点后启PowerEnable动定位功能块MC_PowerMC_HomeMC_MoveAbsoluteMC_PowerMC_HomeMC_MoveAbsoluteAxis1AxisAxisAxisAxisAxisAxisReadyPowerEnableEnableStatusStartExecuteDoneExecuteDoneEnable_PositiveValidPositionBusyContinuousUpdateBusyEnable_NegativeErrorBuffermodeActivePositionActiveErrorIDCommandAbortedVelocityCommandAbortedErrorAccelerationErrorErrorIDDecelerationErrorIDJerkDirection3个功能块针对同一根轴Buffermode举例2:初始化程序的扩展MC_ReadAxisInfoMC_ReadAxisInfoMC_PowerMC_HomeMC_ReadAxisInfoMC_PowerMC_HomeMC_ReadAxisInfoAxis1AxisAxisAxisAxisAxisAxisAxisAxisReadAxisInfoEnableValidEnableStatusExecuteDoneEnableValidBusyEnable_PositiveValidPositionBusyErrorBuffermodeActiveBusyErrorEnable_NegativeErrorIDErrorIDCommandAbortedErrorHomeAbsSwitchErrorErrorIDLimitSwitchPosErrorIDHomeAbsSwitchLimitSwitchNegSimulationMC_MoveAbsoluteLimitSwitchPosCommunicationReadyLimitSwitchNegReadyForPowerOnMC_MoveAbsoluteSimulationPowerOnAxisAxisCommunicationReadyIsHomedExecuteDoneAxisWarningContinuousUpdateBusyReadyForPowerOnPositionActivePowerOnVelocityCommandAbortedIsHomedAccelerationErrorAxisWarningDecelerationErrorIDJerkDirectionBuffermode在初始化程序的基础上,增加一个MC_ReadAxisInfo功能块,这样就可以在与该轴的驱动控制的通信建立之后,以它的输出”ReadyForPoweron”使MC_Power处于待机状态。再用它的输出“PowerOn”触发MC_Home,使其返回原点,在处于原点位置后可用其输出“IsHome”启动MC_MoveAbsolute。编程举例:贴标签机(1)LabelProductDetectionLabelDriveProductConveyorSensordistance将标签贴到传送带上的工件上。传送带和贴标签驱动轴以相同速度运动。根据传感器位置和速度计算TON的延迟时间。编程举例:贴标签机(2)在标签贴好后标签驱动立即停转,等待下一次触发。MC_MoveRelativeMC_MoveRelativeLabelDriveAxisAxisProductTONINQExecuteDoneDetectionPTETLabelLengthPositionBusyVelocityActiveDelayAccelerationCommandAbortedSensorDistanceDIVDecelerationErrorJerkErrorIDVelocityDirectionBuffermodeMC_MoveVelocityMC_MoveVelocityConveyorAxisAxisStartExecuteInVelocityBusyVelocityActiveAccelerationCommandAbortedDecelerationErrorJerkErrorIDDirectionBuffermodePLCopen运动控制规范的两种应用实现PLC、机器人和CNC技术融合发展的趋势(1)通过运用PLCopen运动控制规范的第四部分,我们可以运用简明直观的功能块方式来控制包括机器人、CNC在内的加工机械。智能制造和数字化工厂正在全球蓬勃发展。一个首当其冲的关键就是CNC和机器人这些制造单元的开放架构问题。MES、ERP、CAM、……,都要求制造设备层能提供基于IT技术的软硬件接口。而且智能制造技术的实现也要求CNC、机器人和其它制造单元和设备之间建立开放性的网络和软件接口。与此同时,由于驱动技术和机器人技术的发展,使得用机器人来控制CNC加工单元成为可能。PLC、机器人和CNC技术融合发展的趋势(2)以上这些技术的进展,宣示了当前智能制造装置最前沿的一个值得关注的动向,这就是PLC技术、机器人技术和CNC技术正在呈现融合发展的趋势不过,对于传统的CNC和机器人厂商来说,至今为止对于开放架构并没有非常方便和高效率的方案。他们要迅速适应变化也非驾轻就熟。因为这些传统厂商的硬件绝大多数是基于RISC的芯片。显而易见,要实现更为开放的IT集成Intel的CISC芯片会轻而易举得多。平台改变意味着工作量很大。ISG的软件平台对此是一捷径。机器人运动控制和CNC运动控制的差异尽管机器人和CNC的基础都是多轴运动的协调控制,不过从实际应用和控制技术的视角来分析,它们还是有质的区别。机器人的控制主要是定位,而且是面向时间的定位。例如,日本机器人协会(JARA)定义的工业机器人都是属于按固定时间顺序定位的。而德国工程师协会VDI导则2600全用途运动自动机定义的机器人,则是按操纵任务定义,但实际应用起来,也是以定位为主。CNC的控制是面向contour(型面和型体轮廓)的,其运动控制优先关注的是加工刀具的运动路径。机器人和CNC的控制都要进行运动规划,但机器人的运动规划是以定位为目的的,而CNC的运动规划是以路径驱动为目的的。KUKA的机器人和ISG的CNC集成为机器人CNCCADCNC机器人的优势凸显KUKA和ISG合作开发的机器人CNC目前已经取得了一定的成功。对于材质为铸钢、铝、塑料和木材的工件加工质量符合要求。其在节省操作空间和价格上的潜力,令人感到兴趣。将CNC的功能集成到机器人中至少具有以下特点:CNC已经满足数字化机加工工厂匹配CAD-CAM链的要求,而传统的机器人难以匹配;在使用CNC时,机器人与机器人运动学的优化匹配不能发挥作用。将传统机器人升级,使之具备CNC的功能构成CNC机器人,解决了这一难题。要求传统的CNC具备机器人的运动学的功能花费太高,这是因为只有在控制软件中运用非常复杂的高速切割算法HSC,才能够掌控机器人的运动学。进一步的潜力在于扩展这一功能性,尤其是在路径规划的场合。ISG-Kernel控制软件沿用传统的概念,PLC承担逻辑控制和顺序控制的任务,机器人控制器完成实现机器人运动规划的任务,而CNC控制器负责数控机床的控制,要将这三个系统集成在一起,将承受较高成本、难以达到同步运行、开发时间长等一系列的问题。因此,突破传统思维,充分发挥PLCopen运动控制规范的作用,让PLC、机器人、CNC技术融合在一个系统中成为现实可用的解决方案,其基础就是由斯图加特大学的ISG研究所的ISGKernel。ISG-Kernel是一种涵盖几乎所有的CNC、机器人和运动控制的机械装置的控制软件解决方案。它可以嵌入到基于IEC61131-3的PLC编程平台中,也可以作为一种独立的具有高端功能性的控制软件包。控制软件的集成平台ISG-KernelISG-Kernel是一个控制软件的集成平台:机器人控制(RC)机床、木材精密加工、等离子体和激光射线切割机等的控制(CNC)包装控制、纺机控制(MC)基于IEC61131-3国际工控编程语言的PLC工业控制制造厂、机械制造厂、装备制造厂以及传动装置制造厂都可以依靠ISG-Kernel实现所要求的控制技术。ISGKernel控制软件的用户其用户几乎包括欧洲著名的自动化公司,如:Siemens、施耐德、ABB,机器人公司:KUKA,以及倍福、贝加莱等等。KUKA的机器人和ISG的CNC集成为机器人CNCCADCNC控机器人制代码控制代码ISG-Kernel控制软件沿用传统的概念,PLC承担逻辑控制和顺序控制的任务,机器人控制器完成实现机器人运动规划的任务,而CNC控制器负责数控机床的控制,要将这三个系统集成在一起,将承受较高成本、难以达到同步运行、开发时间长等一系列的问题。因此,突破传统思维,充分发挥PLCopen运动控制规范的作用,让PLC、机器人、CNC技术融合在一个系统中成为现实可用的解决方案,其基础就是由斯图加特大学的ISG研究所的ISGKernel。ISG-Kernel是一种涵盖几乎所有的CNC、机器人和运动控制的机械装置的控制软件解决方案。它可以嵌入到基于IEC61131-3的PLC编程平台中,也可以作为一种独立的具有高端功能性的控制软件包。控制软件的集成平台ISG-KernelISG-Kernel是一个控制软件的集成平台:机器人控制(RC)机床、木材精密加工、等离子体和激光射线切割机等的控制(CNC),数控冲压机、数控压力机的控制包装控制、纺机控制(MC)基于IEC61131-3国际工控编程语言的PLC工业控制制造厂、机械制造厂、装备制造厂以及传动装置制造厂都可以依靠ISG-Kernel实现所要求的控制技术。ISG完全符合PLCopen运动控制规范ISG运动控制平台是一个PLC功能块库,由它向ISG运动控制引擎发命令。该平台提供符合PLCopen发布的运动控制规范第一、第二和第四部分所规定的功能块、数据结构和状态图。利用ISG-MCP,编程人员可以在PLC中实现符合IEC61131-3的运动控制任务。而所有的运动控制功能(诸如插补、定位、与驱动的接口等等)对于编程人员来说只是运用,无需编程。ISGKernel的软件架构的特点ISGKernel所定义的软件架构使其具有很好的可扩可缩性能和柔性可移植性好,对硬件和软件不存在任何依赖动态组态(配置)的模块化结构具有针对多核CPU的并行运算能力与驱动总线系统集成简便最大控制能力:128个轴和20个CNC在一个CNC通道,可对多达32个轴进行路径插补内含PLCopen的IEC61131-3程序库PLC任务同步执行能力3D冲突检测和可视化ISGKernel所定义的软件架构CNC通道PLC运动控制通道可命名的共享存贮器ISG-Kernel提供所有工艺要求的CNC功能磨床、车床、铣床、切割、焊接、表面清除和包装等工艺所要求的数控带轮廓标记的刀具几何校正具有可编程角度控制的切向刀具跟踪静态和可编程门式联轴节在轮廓上反向运动定义编程坐标系(绝对坐标系、相对坐标系、通道坐标系)5轴主轴箱和机器人的运动学变换在机械装置上快速、精密和方便生成运动直线、圆弧、螺线插补,渐开线插补斜面和圆角整合限制突变的多项式轮廓,也可用于切向直线-圆弧过渡自动切换至HSC模式动态特性曲线数据的巨参数化进行多种轴和机械的补偿齿隙补偿等距和非等距顶点的杆梁的挠度补偿单项和双向导向螺纹补偿平面补偿温度补偿用户专用的、基于模型的多轴补偿的界面可激活对所有的轴同时进行上述各种补偿OMAC开发的PackMLOMAC(OrganizationforMachineAutomation&Control)是美国ISA学会下的一个分支机构。主要支持是可口可乐、宝洁等对包装有极大需求的公司。www.omac.org其工作主要是制定主要用于包装工业控制的国际标准编程Programming联网Networks最佳实践Bestpractices69PLCopen运动控制库的一个成功应用OMAC包装工作组PackMLPackSoftPackConnectOMAC成功地在PLCopen的运动控制库规范和ISAS88批量控制规范的基础上,开发了适用于包装过程的编程语言PackML、软件平台PackSoft和连接包装机械控制系统的接口平台PachConnect。专为包装行业应用的PackMLPackML是专门为包装机械和生产线开发的编程语言,易于变换为IEC61131-3的顺序功能图语言SFCPLCopen的运动控制和PackML的完美组合没有PackML的包装线系统MES系统ERP系统HMIWAN用户代码用户代码用户代码用户代码用户代码用户代码用户代码灌装压瓶盖贴标签打包73r应用PackML的包装线系统MES系统ERP系统HMIWANPackMLPackMLPackMLPackMLPackMLPackMLPackML灌装压瓶盖贴标签打包灵活、标准化的PackTagsHMIERP系统MES系统PackTagsPackTagsPackTagsPackTagsPackTagsPackTagsPackTags灌装压瓶盖贴标签打包标准化的、灵活的数据集合包装线控制系统与管理信息系统S的接口大大简化75levelEndUser-LineOMACOpenProtocolforPackMLtagLineIntegrationStrategyexchangeOMACPackTagsPackTagsPackTagsPackTagsOMACStateModelOMACStateModelOMACStateModelOMACStateModellevel-MachineI/OMachineNetworkI/OMachineNetworkI/OMachineNetworkI/OMachineNetworkIntellectualPropertiesIntellectualPropertiesIntellectualPropertiesIntellectualPropertiesMachineBuilderAMachineBuilderBMachineBuilderCMachineBuilderD采用和不用PackML包装生产线运行比较不采用PackML采用PackML可靠性50-60%OEE80-90%OEE灵活性同一包装线可同时包装同一包装线可同时包装许多几种产品种产品生产率各台机器独立控制包装线全自动控制,人员介入最小化库存量>15天<10天(据ARC的数据)PackML能促使包装线的运行达到世界级的水平PackMLWorldTour77谢谢问题?欢迎讨论,提出质疑!
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