數年來，術語“運動控製”在工業(ye) 自動化領域極富爭(zheng) 議。然而，在文獻意義(yi) 上，運動控製指多個(ge) 驅動器之間的協調。在展覽會(hui) 上，真正創新的係統非常罕見，經常與(yu) 有更傳(chuan) 統結構的係統並列展出。但是，軟件中的新技術正在改變常規結構，尤其是在驅動控製領域。

最近Schleicher推出的基於(yu) PC的控製係統具有協調高達6?個(ge) NC軸的能力，經過檢驗顯示出真正創新解決(jue) 方案的巨大潛力。這種新結構不僅(jin) 重新分配了驅動器和更高層控製係統之間的任務職能，而且還提供了控製複雜和專(zhuan) 門動作的方案。它代表了機床控製演變出新概念的可能性。

改變傳(chuan) 統自動化係統的職能，任務被清晰地分配下去。一個(ge) PLC連接了輸入和輸出，CNC通過插補或者象機器人控製那樣進行坐標變換來協調軸的動作。但如今，主要的變化出現在基本功能模塊委任為(wei) 相關(guan) 的控製單元。

部分驅動控製由相應的PLC功能執行，或者由特殊的位置模塊——或者它們(men) 被指派到更低級，例如，在位置控製器內(nei) 部，與(yu) 伺服放大器一樣。如今，隨著局部智能電力電子的出現，整個(ge) 控製電路隨同積分曲線發生器經常被嵌入到驅動器內(nei) 。諸如此類的部件如今隻通過更高級別控製係統參數化，通常通過現場總線接收工作。

作為(wei) 對比，其它係統具有的中央控製係統能假定單個(ge) 驅動器的功率控製。尤其是在這些情況下，功率和監控部分及控製係統之間必須要有一個(ge) 快速總線連接。當然，具備高速連接正快速成為(wei) 係統範圍的要求，因為(wei) 各個(ge) 功能部件必須能同時獲得各種數據加以處理。

圖1：PC能控製許多功能。

例如，一個(ge) 運算器能同時向電流控製器供應目前馬達的位置；為(wei) 速度控製器提供測量過的轉數；同時，必須向位置控製單元——供電裝置或連續步進電機控製係統報告實際的位置值。

此外，視覺係統要求恒定的反饋數據，從(cong) 而能以圖形形式直接顯示出路線。對於(yu) 當今普遍的節拍(cycle time)，這不是件小事。因此，有效而且全麵的實現數據通信對任何一個(ge) 完整的動作控製方案來說都是至關(guan) 重要的要求。

驅動應用類型各異，種類繁多。類型從(cong) 前進至單一目的地的單軸到複雜多軸，其中同步操作或在線處理都涉及協調多軸作業(ye) 和一個(ge) 外部作業(ye) 。協調多軸為(wei) 控製係統性能提出了高要求。如果僅(jin) 僅(jin) 是行進一條單路徑，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導致數據和指令數量大幅增加。因此，由功能模塊組成的庫對編程而言變得重要起來。運動控製係統的處理量隨性能、靈活性和提供的功能範圍潮起潮落。尤其是，控製驅動技術的軟件模塊的簡化處理是一大關(guan) 鍵優(you) 勢。複雜的專(zhuan) 門的動作，直接用CNC的DIN語言編程會(hui) 非常錯綜複雜，但用功能模塊實現則輕而易舉(ju) 。在這些情況下，操作員控製得以簡化，而且更容易理解，尤其當各個(ge) 功能模塊在後台進行必要的通信時，無需用戶介入。

一個(ge) 處理器進行控製

通過新型的Schleicher控製係統負責所有控製器任務，可實現驅動編程的創新和便利形式，顯而易見的優(you) 勢是可操作性和經濟性。例如，在單個(ge) 處理器上的係統節省了接口和硬件成本。這種方法引來的挑戰很清楚。不管執行的任務有多寬泛，性能決(jue) 不容許在任何一個(ge) 區域打折扣。便利熟悉的用戶界麵優(you) 勢也不能喪(sang) 失。一方麵，基於(yu) Windows視窗的解決(jue) 方案成為(wei) 操作員界麵設計的成熟手段，但工業(ye) 領域需要的實時性能，如響應時間在微秒範圍內(nei) ，不能由僅(jin) 僅(jin) 運行Windows XP的PC來提供。在硬件中斷的情況下，例如，一個(ge) 網絡接口卡，在流程沒有改變的期間能發生延遲，但在實時任務要求下不允許發生這種情況。因此，盡管事實上標準Windows方案能提供方便的人機界麵控製，但多任務功能和內(nei) 部流程通信實際上還不能滿足苛刻的實時性要求。

為(wei) 了能夠在單PC上提供人機界麵友好的控製和實時係統，Schleicher采用了特殊的能配搭工作的操作係統組合。ProNumeric使用了KUKA Controls的VxWin包，VxWin包集成了風河的VxWorks實時操作係統和微軟的Windows XP。這種集成方案融合了兩(liang) 種類型操作係統的優(you) 勢。時間關(guan) 鍵的任務通過VxWorks實時執行，而高端圖形HMI功能及連接性也利用了便利的Windows XP用戶界麵口。

兩(liang) 個(ge) 操作係統的存儲(chu) 區域嚴(yan) 格由x86 MMU(存儲(chu) 管理單元)保持分離並保護。KUKA VxWin實時驅動確保VxWorks有處理所有時序關(guan) 鍵任務的優(you) 先權。當實時操作係統的任務管理設備報告說空載時才從(cong) VxWorks轉換到Windows。Windows和實時操作係統通過TCP/IP網絡進行通信。

圖2：TCP/IP將模塊鏈接到一起。

本控製係統結構提供嚴(yan) 格的確定性時間響應，並確保PLC運行時間的實時功能和CNC功能。同時，Windows環境也可通過OPC調用，用於(yu) 諸如視覺顯示及操作者對話處理等任務。除此之外，還可以使用基於(yu) Windows的項目規劃工具，並獲取網上手冊(ce) 及標準Windows程序。CNC和PLC緊密鏈接了ProNumeric，這是由Schleicher提供的最先進的基於(yu) PC的控製部件，因非常緊密地集成了PLC和CNC控製的運動功能而著稱。由於(yu) 具有分離的硬件，CNC負責運動控製，而並行運行的PLC負責控製和監視外圍設備。按照IEC 61131-3對PLC進行編程，使用了STL、FBD、LAD、ST和序列功能圖。根據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，這歸功於(yu) 一種市麵上獨有的解決(jue) 方案；CNC和PLC使用一種通用通信緩衝(chong) 器，並完全同步化。PLC任務可以緊密地進行插值。換句話說，PLC周期時間精確地跟隨CNCD的IPO周期。與(yu) 分離或鬆散集成的硬件不同，該係統不會(hui) 遇到限製因素，比如，閥的開關(guan) 依賴於(yu) 位置，直接與(yu) 路徑運動相關(guan) 。在常規控製結構下，CNC和PLC之間不同的周期和與(yu) 通信有關(guan) 的延遲限製了響應速度。

為(wei) 取得優(you) 化的機器性能及複雜功能序列，有必要確保CNC與(yu) PLC永久且精確的同步化。在完全同步化的係統內(nei) ，有可能在CNC的單個(ge) 時鍾周期內(nei) 處理傳(chuan) 感器信號，這允許對軸進行相應的調整，而不會(hui) 引起延遲。在現場，這種連續路徑控製用於(yu) 即刻補償(chang) 機床因發熱而引起的任何漂移。溫度傳(chuan) 感器向PLC提供數據，PLC反過來利用這一信息來計算並在同一時鍾周期內(nei) 向CNC傳(chuan) 遞補償(chang) 值。方便的是，ProNumeric操作員界麵的開放設計允許用戶選擇與(yu) IEC 61131-3、伺服軸試機工具、網絡工具和其它諸如此類功能一致的編程環境。如遠程維護和遠程診斷設施、服務、文檔和不同係統公司的程序管理工具等軟件解決(jue) 方案可被方便地被加以集成。對於(yu) shop floor編程，也有可能直接在控製器上安裝CAD/CAM包。#p#分頁標題#e#

NERTHUS優(you) 化NC程序

在計算CNC數據和仿真工裝路徑之後，Schleicher控製係統通過NERTHUS技術，減少了用自由選擇的輪廓公差定義(yi) 自由外形輪廓所必需的中間點。該技術減少了NC模塊的數量，並生成優(you) 化的NC部件程序。采用在線曲線內(nei) 插器(OCI)，CNC控製係統複製自由外形的輪廓，采用NC模塊內(nei) 包含的信息獲得持續而光滑的路徑和優(you) 化的軸速。同時，也可以通過現場總線讀主機值編碼器在一個(ge) 內(nei) 插周期內(nei) 強製它們(men) 成一條“線軸”來結合多個(ge) 軸。這些軸根據時鍾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(ge) 工裝，如果有用，整個(ge) 工裝組能被結合到更高級別的虛擬主傳(chuan) 感器，以獲得優(you) 化的整體(ti) 生產(chan) 速度。

基於(yu) PC係統的快速Sercos連接還可作為(wei) 通信中心進行配置。除了為(wei) 執行器和傳(chuan) 感器提供現場總線接口連接，如CANopen，以及到企業(ye) 的以太網連接，基於(yu) PC的係統還為(wei) 多種驅動器，甚至那些不同的製造商進行互動提供了理想的平台。采用Sercos接口確保了PC和驅動器之間的高帶寬通信。這種接口的進一步優(you) 勢是CNC從(cong) 其位置控製任務中解放出來，因此顯著提高了其計算能力。幾乎任何一個(ge) I/O設備都能被輕鬆地通過現場總線耦合器連接到控製係統。

總結

從(cong) 靈活性來看，基於(yu) PC的運動控製係統提供了常規解決(jue) 方案未知的靈活性。借助於(yu) 已在全球超過7萬(wan) 套實時係統內(nei) 部署的VxWin技術，Schleicher控製係統能充分利用PC技術的所有優(you) 勢。我們(men) 應感謝熟悉的Windows接口，操作者能快速並無縫集成自己的應用專(zhuan) 長。基於(yu) PC的控製係統還提供遠程診斷和維護設施，允許從(cong) 多種多樣的驅動器製造商處安裝工具。預配置的Schleicher ProNumeric不僅(jin) 按照IEC 61131將CNC控製係統耦合到PLC，而且還保證了係統靈活性及優(you) 化的高性能，在運動控製中明確地實現了出眾(zhong) 的技術創新。

作者：Kuka Controls GmbH