研究PLCopen下数控机械控制器的开发

刘书志，徐松，王媛青岛科技大学

研究PLCopen下数控机械控制器的开发

刘书志，徐松，王媛
青岛科技大学

摘要：机械工业中最重要的系统就是控制系统，而与传统的机械工业生产过程相比，现代化的工厂越来越多地使用到具有很大柔性以及易于数据编程、结构开放自动化的运动控制系统。但是在系统运动程序的编程过程中，可编程式的逻辑控制器还存在很多不足，因此，本文在“数控一代”的研究背景下，重点针对PLCo⁃pen运动控制规范与IEC61131-3工业控制编程语言标准对完整性的PLCopen运动控制库进行开发研究。

关键词：PLCopen；数控；机械控制器；开发

一、“数控一代机械产品”控制器的发展概况

随着社会的进步，在工业生产制造过程中逐渐将IEC61131-3编程语言标准[2]应用到了可编程控制器的研究开发中，这一研究过程主要是通过采用现代计算机技术领域中的先进编程技术，从而使数控机床的工艺程序更具开放性、兼容性、可控性以及交互性。除此之外，数控程序的模块化程度以及重用性程度得到极大的提升，在此发展过程中为我国的自动化工业控制系统的设计研发提供了一种良好的汇编语言与设计思路。但是与IEC61131-3编程语言标准有所不同，现代化的数控机械控制器的研发是基于PLCopen这种背景下进行生产开发，它作为一种独立性的产品国际协会与生产商，主要的活动项目就是通过对IEC61131–3编程语言标准进行有效支持以及推广、宣传，从而使更具标准化的程序运动控制接口与标准化的数据编程语言进一步实现灵活运用以及高效运用。

二、“数控一代机械产品”控制器的开发重要性

众所周知，PLCopen运动控制规范[3]是一种为了解决不同企业以及不同厂商、同一个企业但不同控制对象系统不兼容的问题，通过采用PLCopen第二技术小组TC2这一主体发起的运动控制编程标准化规范，可以通过提供一种标准化的运动控制接口与标转化的运动控制编程规范，从而进一步实现系统运动控制的标准化与兼容性。目前，PLCopen运动控制规范主要包括了液压部分扩展功能块、运动控制功能块、协同运动控制功能块、扩展功能块、回零过程控制功能块以及用户指导等六大重要的功能模块。而在这六大不同的运动控制模块中主要的两项内容就是定义运动控制功能块接口以及定义轴状态机。

三、PLCopen下数控机械控制器的开发过程分析

(1)PLCopen下数控机械控制器运动控制功能块的总体设计

PLCopen下数控机械控制器运动控制功能块的总体设计中除了需要采用到上述文中提到的IEC61131-3编程语言标准之外，还需要利用“Look and feel”这一设计概念进行研究开发。

从PLCopen运动控制库的功能中可以看出，每一个功能模块都具有自己的不同功能作用，而在此过程中，本文还设计了不同的输出变量参数以及输入变量参数、输入/输出变量参数等不同的系统内部运动控制算法。在结构系统中每一个功能模块就会由一个以该功能模块的专属标识符衍生的数据类型相定义，用户只需要通过不同的定义对象对系统中输入或输出的具体运动控制对象进行有效确定，就能实现对系统的程序化控制。

(2)PLCopen下数控机械控制器运动控制库数据类型设计

在PLCopen下进行运动控制库数据类型的设计，需要充分发挥上述结构模块中的不同功能作用，而这些功能模块会对数据接口进行加工以及初始化设定，最终经过打包成为一个完整的数据结构类型。从上述控制过程以及原理中可以发现，要科学对运动的控制库数据类型进行开发设计，最关键的程序就是要对数据库类型进行设计，而在设计过程中依然离不开IEC 61131-3标准规范定义的三种数据类型，一种是导出数据类型，一种是基本数据类型，还有另外一种类型是数据类型，本文对运动控制数控类型的设计主要是针对导出性的数据类型进行设计。与此同时，本文在对PLCopen运动控制库的开发过程中还涉及到运动参数相关数据类型、轴/轴组相关数据类型以及运动控制相关数据类型这三种不同形式的数据类型结构。

四、PLCopen下数控机械控制器的开发过程中需要注意的关键问题

除了上述对PLCopen下数控机械控制器运动控制功能块的总体设计与PLCopen下数控机械控制器运动控制库数据类型设计之外，在控机械控制器的开发过程中还需要注意以下五个问题：

第一，为了实现各个运动控制功能块功能的独立性，以及与轴相关控制信息的完整性和连续性，对单轴参考数据类型AX⁃IS_REF的设计。

第二，为了实现轴组功能块规定的多轴协同控制以及物理单轴与概念轴组之间的联系，对轴组参考数据类型AX⁃ES_GROUP_REF的设计。

第三，为了实现多个功能块，乃至轴与轴之间的复合控制，并使控制方案按照一定的时序和逻辑关系执行，对PLCopen运动控制状态机的设计。

第四，运动控制类功能块设计时，考虑加减速时运动控制块的设计和实现。

第五，对轴组功能块进行设计时，概念轴组的建立方法。

五、结束语

综上所述，在PLCopen下进行数控机械控制器的开发，通过将现代计算机领域先进的编程技术与IEC61131-3编程语言标准进行有效结合，在此过程中采用PLC可编程控制进行设计研发，从而为数控机械控制器的开发研究提供了一种科学的数据编程方式与程序命令运行语言。一方面对我国机械工业的生产与制造具有重要的导向意义，另一方面使工业生产过程朝着智能化、集成化以及自动化方向转型具有理论借鉴意义。

参考文献:

[1]刘艳强,宋永立.基于PLCopen的数控机械控制器研究与开发[J].制造业自动化,2013,02:63-67.

[2]王翰,宋宝,唐小琦.基于PLCopen标准的运动控制系统设计[J].华中科技大学学报(自然科学版),2014,01:10-13.

[3]彭瑜.支撑智能制造的PLCopen规范和技术[J].自动化仪表, 2015,10:1-8.

作者简介：刘书志（1996－），男，山东临沂人，本科，主要研究方向：计算机网络、图像检测识别、人工智能。