閱讀 | 訂閱
閱讀 | 訂閱
數(shù)控機(jī)床

用軟件連接PLC和CNC

星之球激光 來源:電子工程專輯2011-12-22 我要評論(0 )   

數(shù)年來,術(shù)語運(yùn)動控制在工業(yè)自動化領(lǐng)域極富爭議。然而,在文獻(xiàn)意義上,運(yùn)動控制指多個驅(qū)動器之間的協(xié)調(diào)。在展覽會上,真正創(chuàng)新的系統(tǒng)非常罕見,經(jīng)常與有更傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的系...

數(shù)年來,術(shù)語“運(yùn)動控制”在工業(yè)自動化領(lǐng)域極富爭議。然而,在文獻(xiàn)意義上,運(yùn)動控制指多個驅(qū)動器之間的協(xié)調(diào)。在展覽會上,真正創(chuàng)新的系統(tǒng)非常罕見,經(jīng)常與有更傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)并列展出。但是,軟件中的新技術(shù)正在改變常規(guī)結(jié)構(gòu),尤其是在驅(qū)動控制領(lǐng)域。

 

最近Schleicher推出的基于PC的控制系統(tǒng)具有協(xié)調(diào)高達(dá)6?個NC軸的能力,經(jīng)過檢驗顯示出真正創(chuàng)新解決方案的巨大潛力。這種新結(jié)構(gòu)不僅重新分配了驅(qū)動器和更高層控制系統(tǒng)之間的任務(wù)職能,而且還提供了控制復(fù)雜和專門動作的方案。它代表了機(jī)床控制演變出新概念的可能性。

 

改變傳統(tǒng)自動化系統(tǒng)的職能,任務(wù)被清晰地分配下去。一個PLC連接了輸入和輸出,CNC通過插補(bǔ)或者象機(jī)器人控制那樣進(jìn)行坐標(biāo)變換來協(xié)調(diào)軸的動作。但如今,主要的變化出現(xiàn)在基本功能模塊委任為相關(guān)的控制單元。

 

部分驅(qū)動控制由相應(yīng)的PLC功能執(zhí)行,或者由特殊的位置模塊——或者它們被指派到更低級,例如,在位置控制器內(nèi)部,與伺服放大器一樣。如今,隨著局部智能電力電子的出現(xiàn),整個控制電路隨同積分曲線發(fā)生器經(jīng)常被嵌入到驅(qū)動器內(nèi)。諸如此類的部件如今只通過更高級別控制系統(tǒng)參數(shù)化,通常通過現(xiàn)場總線接收工作。

 

作為對比,其它系統(tǒng)具有的中央控制系統(tǒng)能假定單個驅(qū)動器的功率控制。尤其是在這些情況下,功率和監(jiān)控部分及控制系統(tǒng)之間必須要有一個快速總線連接。當(dāng)然,具備高速連接正快速成為系統(tǒng)范圍的要求,因為各個功能部件必須能同時獲得各種數(shù)據(jù)加以處理。

 

圖1:PC能控制許多功能。

 

例如,一個運(yùn)算器能同時向電流控制器供應(yīng)目前馬達(dá)的位置;為速度控制器提供測量過的轉(zhuǎn)數(shù);同時,必須向位置控制單元——供電裝置或連續(xù)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)報告實際的位置值。

 

此外,視覺系統(tǒng)要求恒定的反饋數(shù)據(jù),從而能以圖形形式直接顯示出路線。對于當(dāng)今普遍的節(jié)拍(cycle time),這不是件小事。因此,有效而且全面的實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信對任何一個完整的動作控制方案來說都是至關(guān)重要的要求。

 

驅(qū)動應(yīng)用類型各異,種類繁多。類型從前進(jìn)至單一目的地的單軸到復(fù)雜多軸,其中同步操作或在線處理都涉及協(xié)調(diào)多軸作業(yè)和一個外部作業(yè)。協(xié)調(diào)多軸為控制系統(tǒng)性能提出了高要求。如果僅僅是行進(jìn)一條單路徑,手工編程也許仍然是可能的選擇。然而,在許多情況下,甚至凸輪裝置也能夠?qū)е聰?shù)據(jù)和指令數(shù)量大幅增加。因此,由功能模塊組成的庫對編程而言變得重要起來。運(yùn)動控制系統(tǒng)的處理量隨性能、靈活性和提供的功能范圍潮起潮落。尤其是,控制驅(qū)動技術(shù)的軟件模塊的簡化處理是一大關(guān)鍵優(yōu)勢。復(fù)雜的專門的動作,直接用CNC的DIN語言編程會非常錯綜復(fù)雜,但用功能模塊實現(xiàn)則輕而易舉。在這些情況下,操作員控制得以簡化,而且更容易理解,尤其當(dāng)各個功能模塊在后臺進(jìn)行必要的通信時,無需用戶介入。

 

一個處理器進(jìn)行控制

 

通過新型的Schleicher控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)所有控制器任務(wù),可實現(xiàn)驅(qū)動編程的創(chuàng)新和便利形式,顯而易見的優(yōu)勢是可操作性和經(jīng)濟(jì)性。例如,在單個處理器上的系統(tǒng)節(jié)省了接口和硬件成本。這種方法引來的挑戰(zhàn)很清楚。不管執(zhí)行的任務(wù)有多寬泛,性能決不容許在任何一個區(qū)域打折扣。便利熟悉的用戶界面優(yōu)勢也不能喪失。一方面,基于Windows視窗的解決方案成為操作員界面設(shè)計的成熟手段,但工業(yè)領(lǐng)域需要的實時性能,如響應(yīng)時間在微秒范圍內(nèi),不能由僅僅運(yùn)行Windows XP的PC來提供。在硬件中斷的情況下,例如,一個網(wǎng)絡(luò)接口卡,在流程沒有改變的期間能發(fā)生延遲,但在實時任務(wù)要求下不允許發(fā)生這種情況。因此,盡管事實上標(biāo)準(zhǔn)Windows方案能提供方便的人機(jī)界面控制,但多任務(wù)功能和內(nèi)部流程通信實際上還不能滿足苛刻的實時性要求。

 

為了能夠在單PC上提供人機(jī)界面友好的控制和實時系統(tǒng),Schleicher采用了特殊的能配搭工作的操作系統(tǒng)組合。ProNumeric使用了KUKA Controls的VxWin包,VxWin包集成了風(fēng)河的VxWorks實時操作系統(tǒng)和微軟的Windows XP。這種集成方案融合了兩種類型操作系統(tǒng)的優(yōu)勢。時間關(guān)鍵的任務(wù)通過VxWorks實時執(zhí)行,而高端圖形HMI功能及連接性也利用了便利的Windows XP用戶界面口。

 

兩個操作系統(tǒng)的存儲區(qū)域嚴(yán)格由x86 MMU(存儲管理單元)保持分離并保護(hù)。KUKA VxWin實時驅(qū)動確保VxWorks有處理所有時序關(guān)鍵任務(wù)的優(yōu)先權(quán)。當(dāng)實時操作系統(tǒng)的任務(wù)管理設(shè)備報告說空載時才從VxWorks轉(zhuǎn)換到Windows。Windows和實時操作系統(tǒng)通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。

 

圖2:TCP/IP將模塊鏈接到一起。

 

本控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提供嚴(yán)格的確定性時間響應(yīng),并確保PLC運(yùn)行時間的實時功能和CNC功能。同時,Windows環(huán)境也可通過OPC調(diào)用,用于諸如視覺顯示及操作者對話處理等任務(wù)。除此之外,還可以使用基于Windows的項目規(guī)劃工具,并獲取網(wǎng)上手冊及標(biāo)準(zhǔn)Windows程序。CNC和PLC緊密鏈接了ProNumeric,這是由Schleicher提供的最先進(jìn)的基于PC的控制部件,因非常緊密地集成了PLC和CNC控制的運(yùn)動功能而著稱。由于具有分離的硬件,CNC負(fù)責(zé)運(yùn)動控制,而并行運(yùn)行的PLC負(fù)責(zé)控制和監(jiān)視外圍設(shè)備。按照IEC 61131-3對PLC進(jìn)行編程,使用了STL、FBD、LAD、ST和序列功能圖。根據(jù)DIN 66025,該程序具有包含延伸功能的ProNumeric CNC

 

CNC和PLC功能的緊密集成由ProNumeric實現(xiàn),這歸功于一種市面上獨(dú)有的解決方案;CNC和PLC使用一種通用通信緩沖器,并完全同步化。PLC任務(wù)可以緊密地進(jìn)行插值。換句話說,PLC周期時間精確地跟隨CNCD的IPO周期。與分離或松散集成的硬件不同,該系統(tǒng)不會遇到限制因素,比如,閥的開關(guān)依賴于位置,直接與路徑運(yùn)動相關(guān)。在常規(guī)控制結(jié)構(gòu)下,CNC和PLC之間不同的周期和與通信有關(guān)的延遲限制了響應(yīng)速度。

 

為取得優(yōu)化的機(jī)器性能及復(fù)雜功能序列,有必要確保CNC與PLC永久且精確的同步化。在完全同步化的系統(tǒng)內(nèi),有可能在CNC的單個時鐘周期內(nèi)處理傳感器信號,這允許對軸進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整,而不會引起延遲。在現(xiàn)場,這種連續(xù)路徑控制用于即刻補(bǔ)償機(jī)床因發(fā)熱而引起的任何漂移。溫度傳感器向PLC提供數(shù)據(jù),PLC反過來利用這一信息來計算并在同一時鐘周期內(nèi)向CNC傳遞補(bǔ)償值。方便的是,ProNumeric操作員界面的開放設(shè)計允許用戶選擇與IEC 61131-3、伺服軸試機(jī)工具、網(wǎng)絡(luò)工具和其它諸如此類功能一致的編程環(huán)境。如遠(yuǎn)程維護(hù)和遠(yuǎn)程診斷設(shè)施、服務(wù)、文檔和不同系統(tǒng)公司的程序管理工具等軟件解決方案可被方便地被加以集成。對于shop floor編程,也有可能直接在控制器上安裝CAD/CAM包。#p#分頁標(biāo)題#e#

 

NERTHUS優(yōu)化NC程序

 

在計算CNC數(shù)據(jù)和仿真工裝路徑之后,Schleicher控制系統(tǒng)通過NERTHUS技術(shù),減少了用自由選擇的輪廓公差定義自由外形輪廓所必需的中間點(diǎn)。該技術(shù)減少了NC模塊的數(shù)量,并生成優(yōu)化的NC部件程序。采用在線曲線內(nèi)插器(OCI),CNC控制系統(tǒng)復(fù)制自由外形的輪廓,采用NC模塊內(nèi)包含的信息獲得持續(xù)而光滑的路徑和優(yōu)化的軸速。同時,也可以通過現(xiàn)場總線讀主機(jī)值編碼器在一個內(nèi)插周期內(nèi)強(qiáng)制它們成一條“線軸”來結(jié)合多個軸。這些軸根據(jù)時鐘速度和工裝位置彼此同步。而且還有可能一起按組操作多個工裝,如果有用,整個工裝組能被結(jié)合到更高級別的虛擬主傳感器,以獲得優(yōu)化的整體生產(chǎn)速度。

 

基于PC系統(tǒng)的快速Sercos連接還可作為通信中心進(jìn)行配置。除了為執(zhí)行器和傳感器提供現(xiàn)場總線接口連接,如CANopen,以及到企業(yè)的以太網(wǎng)連接,基于PC的系統(tǒng)還為多種驅(qū)動器,甚至那些不同的制造商進(jìn)行互動提供了理想的平臺。采用Sercos接口確保了PC和驅(qū)動器之間的高帶寬通信。這種接口的進(jìn)一步優(yōu)勢是CNC從其位置控制任務(wù)中解放出來,因此顯著提高了其計算能力。幾乎任何一個I/O設(shè)備都能被輕松地通過現(xiàn)場總線耦合器連接到控制系統(tǒng)。

 

總結(jié)

 

從靈活性來看,基于PC的運(yùn)動控制系統(tǒng)提供了常規(guī)解決方案未知的靈活性。借助于已在全球超過7萬套實時系統(tǒng)內(nèi)部署的VxWin技術(shù),Schleicher控制系統(tǒng)能充分利用PC技術(shù)的所有優(yōu)勢。我們應(yīng)感謝熟悉的Windows接口,操作者能快速并無縫集成自己的應(yīng)用專長?;赑C的控制系統(tǒng)還提供遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)設(shè)施,允許從多種多樣的驅(qū)動器制造商處安裝工具。預(yù)配置的Schleicher ProNumeric不僅按照IEC 61131將CNC控制系統(tǒng)耦合到PLC,而且還保證了系統(tǒng)靈活性及優(yōu)化的高性能,在運(yùn)動控制中明確地實現(xiàn)了出眾的技術(shù)創(chuàng)新。

 

作者:Kuka Controls GmbH
 


 

 

轉(zhuǎn)載請注明出處。

暫無關(guān)鍵詞
免責(zé)聲明

① 凡本網(wǎng)未注明其他出處的作品,版權(quán)均屬于激光制造網(wǎng),未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用。獲本網(wǎng)授權(quán)使用作品的,應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使 用,并注明"來源:激光制造網(wǎng)”。違反上述聲明者,本網(wǎng)將追究其相關(guān)責(zé)任。
② 凡本網(wǎng)注明其他來源的作品及圖片,均轉(zhuǎn)載自其它媒體,轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息,并不代表本媒贊同其觀點(diǎn)和對其真實性負(fù)責(zé),版權(quán)歸原作者所有,如有侵權(quán)請聯(lián)系我們刪除。
③ 任何單位或個人認(rèn)為本網(wǎng)內(nèi)容可能涉嫌侵犯其合法權(quán)益,請及時向本網(wǎng)提出書面權(quán)利通知,并提供身份證明、權(quán)屬證明、具體鏈接(URL)及詳細(xì)侵權(quán)情況證明。本網(wǎng)在收到上述法律文件后,將會依法盡快移除相關(guān)涉嫌侵權(quán)的內(nèi)容。

網(wǎng)友點(diǎn)評
0相關(guān)評論
精彩導(dǎo)讀