一、概述

傳統(tǒng)上，工業(yè)機(jī)器人使用復(fù)雜的專(zhuān)有語(yǔ)言編程，對(duì)外人來(lái)說(shuō)是很難的，只有機(jī)器人程序員才能理解。運(yùn)動(dòng)控制器現(xiàn)在應(yīng)用廣泛多樣，通常使用PC庫(kù)或其他專(zhuān)有語(yǔ)言來(lái)編程，而PLC傾向用梯形邏輯來(lái)編程。在今天的自動(dòng)化環(huán)境中，PLC、運(yùn)動(dòng)控制器和機(jī)器人需要緊密集成。許多不同的組件集成到機(jī)器的設(shè)計(jì)中，而每種組件需要通過(guò)他們的專(zhuān)用語(yǔ)言才能呈現(xiàn)自己的特長(zhǎng)。越來(lái)越多的最終用戶(hù)要求把機(jī)器人、運(yùn)動(dòng)控制器和可編程控制器都用熟悉的PLC語(yǔ)言進(jìn)行編程。這些語(yǔ)言對(duì)機(jī)器制造商的程序員更容易理解，也使最終用戶(hù)的服務(wù)人員更容易維護(hù)。為了減少?gòu)?fù)雜性，協(xié)調(diào)這三個(gè)不同的平臺(tái)的外觀、感覺(jué)和功能，PLCopen工作組為運(yùn)動(dòng)控制已經(jīng)拿出了一套標(biāo)準(zhǔn)化工具，能在PLC編程環(huán)境下直接對(duì)運(yùn)動(dòng)控制編程。

二、PLC

自從1968年在通用汽車(chē)公司使用開(kāi)始（用來(lái)代替硬連線繼電器），PLC就使用梯形邏輯編程。它們可容易地控制數(shù)字和模擬設(shè)備的過(guò)程，但對(duì)更復(fù)雜、連續(xù)性質(zhì)過(guò)程的編程要比用高級(jí)編程語(yǔ)言，如BASIC、C或C＃更加困難。多年來(lái)，PLC已經(jīng)進(jìn)化到可以用BASIC或C語(yǔ)言編程的水平，但大部分仍然依賴(lài)于梯形邏輯。很多低端PLC通過(guò)步進(jìn)和方向輸出支持運(yùn)動(dòng)控制。一些更高水平的運(yùn)動(dòng)控制可以通過(guò)昂貴的專(zhuān)用模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，但必須添加到基本系統(tǒng)。盡管這樣，大多數(shù)設(shè)備用梯形邏輯編程，需要熟悉編程環(huán)境，制造工藝，以及專(zhuān)門(mén)的功能塊才能實(shí)現(xiàn)需要的功能。

三、運(yùn)動(dòng)控制器

一般市場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)控制器通常包括插補(bǔ)功能（直線插補(bǔ)或圓弧插補(bǔ)），協(xié)同運(yùn)動(dòng)、齒輪、凸輪和事件觸發(fā)動(dòng)作（使用傳感器和位置鎖存）。在老控制器中，每軸使用專(zhuān)用的輸入和輸出。運(yùn)動(dòng)輸入，如使能、超程限位和編碼器輸入（每軸一個(gè)或兩個(gè)）和類(lèi)似伺服命令的運(yùn)動(dòng)輸出（通常為+/-10V模擬量）和/或步進(jìn)指令（步進(jìn)和方向）。多數(shù)控制器還具有一些通用的I/O。新控制器依靠數(shù)字網(wǎng)絡(luò)，如EtherCAT或SERCOS用來(lái)傳遞控制信號(hào)至驅(qū)動(dòng)器，接收和發(fā)送直接連接到驅(qū)動(dòng)器的數(shù)字IO。

在處理聯(lián)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)時(shí)，典型的運(yùn)動(dòng)控制器無(wú)法與機(jī)器人控制器競(jìng)爭(zhēng)。典型的運(yùn)動(dòng)控制器，如果你想把末端執(zhí)行器移動(dòng)到一個(gè)特定點(diǎn)，你必須為每個(gè)軸找出正確的位置。你需要對(duì)機(jī)器人和有機(jī)械連接機(jī)制的其他機(jī)器做的事情是使用反向運(yùn)動(dòng)學(xué)的方法來(lái)編程。使用時(shí)需要公式，在物理空間中，需要把特定點(diǎn)轉(zhuǎn)換為各自的位置，描述每個(gè)關(guān)節(jié)（或軸）需要移動(dòng)至所述機(jī)械連接機(jī)構(gòu)的終點(diǎn)。同樣，這些系統(tǒng)應(yīng)用廣泛多樣，需要熟悉他們的特定編程環(huán)境。

四、機(jī)器人控制器

在處理聯(lián)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)時(shí)，典型的運(yùn)動(dòng)控制器無(wú)法與機(jī)器人控制器競(jìng)爭(zhēng)。典型的運(yùn)動(dòng)控制器，如果你想把末端執(zhí)行器移動(dòng)到一個(gè)特定點(diǎn)，你必須為每個(gè)軸找出正確的位置。你需要對(duì)機(jī)器人和有機(jī)械連接機(jī)制的其他機(jī)器做的事情是使用反向運(yùn)動(dòng)學(xué)的方法來(lái)編程。使用時(shí)需要公式，在物理空間中，需要把特定點(diǎn)轉(zhuǎn)換為各自的位置，描述每個(gè)關(guān)節(jié)（或軸）需要移動(dòng)至所述機(jī)械連接機(jī)構(gòu)的終點(diǎn)。同樣，這些系統(tǒng)應(yīng)用廣泛多樣，需要熟悉他們的特定編程環(huán)境。

五、合并成一臺(tái)機(jī)器控制器

公司在同一站點(diǎn)還運(yùn)營(yíng)一個(gè)潤(rùn)滑油調(diào)配工PLCopen工作組為運(yùn)動(dòng)控制進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，邏輯定義了機(jī)器控制編程的所有內(nèi)容。這是一種集成PLC、機(jī)器人和運(yùn)動(dòng)控制的最佳嘗試，用一種容易理解的、多數(shù)制造商都常用的語(yǔ)言。許多功能塊是基本的，例如，相對(duì)或絕對(duì)移動(dòng)的功能塊，這在任何運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中都很容易理解。當(dāng)需要增加運(yùn)動(dòng)的難度時(shí)，多個(gè)控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化和通用性外觀和感覺(jué)確是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。例如，在每個(gè)各自運(yùn)動(dòng)停止下個(gè)運(yùn)動(dòng)開(kāi)始前，很容易把相對(duì)或絕對(duì)運(yùn)動(dòng)串在一起?？梢韵胂笠幌乱唤M復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，一個(gè)軸需要在非零速度的情況下轉(zhuǎn)換到下個(gè)運(yùn)動(dòng)，在軸的整個(gè)路徑混合各個(gè)運(yùn)動(dòng)到一個(gè)順序的運(yùn)動(dòng)。PLCopen運(yùn)動(dòng)控制定義了標(biāo)準(zhǔn)的混合操作，允許程序員用公共混合和轉(zhuǎn)換模式實(shí)現(xiàn)這個(gè)順序運(yùn)動(dòng)。

有一個(gè)基本的問(wèn)題，當(dāng)多個(gè)軸在一起運(yùn)動(dòng)且用數(shù)學(xué)模型控制機(jī)械連接軸時(shí)，并不總是清楚哪些關(guān)鍵軸需要同步運(yùn)動(dòng)。因此，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制器并不總能知道哪些軸受到影響。PLCopen針對(duì)這個(gè)問(wèn)題定義了一個(gè)運(yùn)動(dòng)組，當(dāng)組中的一個(gè)軸有錯(cuò)誤時(shí)，控制器可以生成一個(gè)適當(dāng)?shù)腻e(cuò)誤響應(yīng)。這個(gè)分組的概念允許程序員可以把注意力集中在機(jī)器所需的特定任務(wù)上，通過(guò)實(shí)施下圖所示的組狀態(tài)機(jī)，由控制器來(lái)照顧該組的功能，

PLCopen運(yùn)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的第四部分包含了用于協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的功能塊。他們定義了一套標(biāo)準(zhǔn)化的功能塊，用于3D空間內(nèi)的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制，包括運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換的功能塊。通常，這些轉(zhuǎn)換必須由廠商提供，因此，對(duì)于大多數(shù)制造商，如果運(yùn)動(dòng)控制器不支持，就不能添加運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換功能。

這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在創(chuàng)建了PLC、數(shù)控（CNC）機(jī)器人和運(yùn)動(dòng)控制之間的一座橋梁?，F(xiàn)在可以用一種和PLC一樣的編程環(huán)境，完成一臺(tái)機(jī)器的全部控制。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)使機(jī)器人、運(yùn)動(dòng)控制器成為控制系統(tǒng)的一個(gè)部分，而不是獨(dú)立系統(tǒng)。集成運(yùn)動(dòng)控制和邏輯控制，是現(xiàn)代機(jī)械控制的兩個(gè)主要需求。這具有明確的優(yōu)點(diǎn)：在一個(gè)程序包中同時(shí)具有運(yùn)動(dòng)控制和邏輯控制，包括但不限于，幾乎無(wú)限制地交換邏輯和運(yùn)動(dòng)之間的數(shù)據(jù)，沒(méi)有延遲，這在傳統(tǒng)系統(tǒng)中可能限制了性能。事實(shí)上，現(xiàn)在有可能使用機(jī)器控制器完美同步機(jī)器人與附加伺服軸，這種技藝以前只能在機(jī)器人控制器的領(lǐng)域來(lái)實(shí)現(xiàn)。

六、結(jié)論

PLCopen標(biāo)準(zhǔn)的最終目標(biāo)是讓控制程序代碼完全獨(dú)立于硬件或特定制造商。當(dāng)不同的硬件廠商支持相同的底層代碼和以同樣方式的運(yùn)行時(shí)，程序員將從學(xué)習(xí)每個(gè)制造商專(zhuān)有語(yǔ)言的噩夢(mèng)中解放出來(lái)。這個(gè)結(jié)果可以改進(jìn)復(fù)雜整機(jī)控制系統(tǒng)的精度和吞吐量，使開(kāi)發(fā)和上市時(shí)間更短。PLCopen使這種開(kāi)發(fā)減少工程復(fù)雜性和專(zhuān)業(yè)性培訓(xùn)，使整個(gè)系統(tǒng)更容易被PLC編程人員所熟悉。