圖片來源：PLCopen

　　標(biāo)準(zhǔn)化的運動控制功能塊與PLCopen 的狀態(tài)圖相結(jié)合，有助于將機械設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)闄C電一體化設(shè)計，從而幫助機械制造商和最終用戶提升機器效率。

　　由于用戶需求的變化，需要新的機器設(shè)計理念：機械部件正被機電系統(tǒng)所取代。為了簡化機械制造商和系統(tǒng)集成商對機電系統(tǒng)的應(yīng)用，并讓用戶更好地理解這些系統(tǒng)，PLCopen 及其成員開發(fā)了一套結(jié)合狀態(tài)圖的標(biāo)準(zhǔn)化運動控制功能塊。

　　PLCopen運動控制規(guī)范指定了一個獨立的功能塊庫。這提供了一個標(biāo)準(zhǔn)的命令集，同時向用戶隱藏了底層架構(gòu)和復(fù)雜性（被稱為抽象）。這種結(jié)構(gòu)可以在許多平臺和體系架構(gòu)上使用。應(yīng)用程序的開發(fā)可以獨立于控制體系架構(gòu)或品牌，開發(fā)人員可以在開發(fā)周期的最后階段決定使用哪種體系結(jié)構(gòu)。對機器制造商帶來的好處是，支持不同平臺的成本較低，并且可以自由地以獨立方式開發(fā)應(yīng)用軟件，而不會破壞生產(chǎn)力。此外，系統(tǒng)維護更容易，教育周期也更短。

　　一個重要的用戶群體是機械制造商，其中包裝行業(yè)最為活躍。該行業(yè)通常需要提供替代包裝技術(shù)，以對消費者行為的變化做出快速響應(yīng)。這必須由生產(chǎn)線中更靈活的機器來完成。為了提供這種靈活性，我們必須放棄機械解決方案，轉(zhuǎn)向機電替代方案。當(dāng)然，這包括起關(guān)鍵作用的適應(yīng)性軟件。

　　運動控制功能塊規(guī)范的接受程度很高，尤其是受到歐洲包裝行業(yè)供應(yīng)商的青睞。他們的包裝機械出口到世界各地，這意味著不同地區(qū)會使用到不同品牌的控制器。即使這些控制器用在同一臺機器上并提供相同的功能，但為了全球出口，需要實施幾個不同品牌的控制器。

圖1：使用控制體系結(jié)構(gòu)從機械設(shè)計轉(zhuǎn)向機電一體化設(shè)計，可以提高機器性能并降低機器的復(fù)雜性。

　　從傳統(tǒng)的機器設(shè)計轉(zhuǎn)向機電一體化的設(shè)計，會減少部件數(shù)量，更易于清潔。機電操作系統(tǒng)也更簡單、透明、快速和便宜。這也是最終用戶想要的。

　　在機電一體化解決方案中，控制系統(tǒng)及其軟件起著至關(guān)重要的作用。這和控制系統(tǒng)軟件相關(guān)，而不是機械的質(zhì)量。這通常會導(dǎo)致一些傳統(tǒng)的機械制造商內(nèi)部出現(xiàn)不同的問題（例如有著幾十年甚至上百年歷史的，具有機械設(shè)計背景的家族企業(yè)）。從一個具有傳統(tǒng)機械思維的組織，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€專注于軟件和控制的組織要面臨很多困難。

　　在PLCopen 運動控制中，人們認(rèn)識到這一點，并實現(xiàn)了邏輯和運動任務(wù)之間的緊密結(jié)合。在包裝機械的成功應(yīng)用中，控制軟件扮演著越來越重要的角色。30年前，機器設(shè)計幾乎沒有軟件?，F(xiàn)在軟件約占生產(chǎn)線總成本的50%。

　　增加了對靈活設(shè)計的需求 

　　不斷變化的消費者需求，轉(zhuǎn)化為對更靈活的制造和包裝的需求?？Х犬a(chǎn)品就是一個簡單的例子。我們都熟悉真空密封的包裝，它們已經(jīng)在商店的貨架上出售很久了。超市貨架上的種類繁多，有著不同的口味，使用不同的包裝技術(shù)?？Х缺旧聿]有改變，工藝端已經(jīng)定型，無法提供更高的效率。這意味著應(yīng)將注意力放在市場展示以及消費者身上。

　　另一個例子是當(dāng)下流行的小包裝食品，在一個大包裝內(nèi)包含多個較小的包裝，以保證產(chǎn)品新鮮度。要實現(xiàn)這一變化，必須改變生產(chǎn)環(huán)境中的基礎(chǔ)設(shè)施：添加包裝功能。同樣的生產(chǎn)線需要執(zhí)行這些以及其它臨時變更，以滿足更多樣化的需求。

圖2：向最終用戶隱藏軟件架構(gòu)的復(fù)雜性，被稱為抽象。機器制造商正在使用抽象來改進機電一體化機器的設(shè)計。

　　新一代包裝機必須滿足用戶的兩個要求：免維護機器（至少是低維護量和可預(yù)測的維護）和易于清潔以最大程度地保持衛(wèi)生。如果你將這兩個目標(biāo)用于新包裝機的開發(fā)，結(jié)果會是什么？

　　他們會要求機器制造商必須移除所有可能產(chǎn)生灰塵或需要潤滑油的機械部件：如滑輪、皮帶、齒輪箱和機械凸輪。實際上，這意味著從傳統(tǒng)機器的118 個功能單元，減少到23 個，減少幅度達(dá)81%。

圖3：在此案例中，轉(zhuǎn)向機電一體化機器設(shè)計，可將機器零件減少 81%，從而通過降低復(fù)雜性和減少維護來加強機器設(shè)計。

　　統(tǒng)一了不同的機器結(jié)構(gòu) 

　　運動控制市場有各種各樣的運動系統(tǒng)。它們都有不同的技術(shù)、語言、總線、開發(fā)環(huán)境和其他差異等。盡管需要標(biāo)準(zhǔn)化，但卻無法實現(xiàn)。

　　機器制造商希望通過可復(fù)用的應(yīng)用程序，服務(wù)于更廣闊的市場。通常，機器制造商提供多個層級的產(chǎn)品：高端機器、中端機器和低端機器。機器制造商不想?yún)⑴c三種類型的應(yīng)用程序的開發(fā)。對一個軸的移動，明明一個描述就可以，為什么還需要10 個？為什么我們必須知道在應(yīng)用階段使用了哪些電機、控制器或編碼器？

　　在不同層面上響應(yīng)用戶，其中所有系統(tǒng)特性都在運動控制功能中實現(xiàn)，而且獨立于硬件。PLCopen 運動控制標(biāo)準(zhǔn)可以做到這一點。

　　PLCopen 運動控制規(guī)范的第一部分，包括單軸和多軸運動功能、若干管理任務(wù)和狀態(tài)圖。后者用于控制和安全方面：并非所有命令都可以隨時向機器發(fā)出，命令必須經(jīng)歷一定的例行程序才能發(fā)出。

　　在測試新連接的軸時，解決方案的獨立性得以展示。無論使用哪種系統(tǒng)，用戶只需幾個步驟就可以使軸旋轉(zhuǎn)：打開電源，啟動主程序，最后給軸一個移動命令。通過三個簡單的步驟，軸就可以移動。

　　人們并不想知道接口后面是什么網(wǎng)絡(luò)。這是供應(yīng)商應(yīng)該做的事情。該標(biāo)準(zhǔn)提供了一個可在小程序中調(diào)用的程序塊。編譯代碼，下載并運行。如果軸不轉(zhuǎn)動，則問題出在供應(yīng)商，而不是用戶。

　　PLCopen 定義了一套運動控制規(guī)范。第1 部分– 基礎(chǔ)，包括初始版本中在第2 部分定義的擴展。第3 部分-用戶指南，第4 部分- 協(xié)調(diào)運動和第5 部分引導(dǎo)程序。第3 部分- 用戶指南說明了用戶如何根據(jù)IEC 標(biāo)準(zhǔn)和PLCopen 運動控制功能塊，創(chuàng)建一組構(gòu)建塊。這些塊可以跨項目和平臺復(fù)用。

　　例如，在第2 部分中，定義了一個注冊函數(shù)，而不提供所使用的輸入。傳感器輸入可能來自未知位置（直接或網(wǎng)絡(luò)），和/ 或傳感器需要補償。此功能由標(biāo)準(zhǔn)塊組成，其中注冊功能與其它用戶自定義的塊一起使用，并且可以添加到公司自己的庫中。這個注冊功能可以在公司范圍內(nèi)使用，并且源代碼可以在不同的平臺上使用。這樣在生產(chǎn)下一臺機器時可以節(jié)省時間和金錢。

　　對供應(yīng)鏈?zhǔn)袌龅挠绊?nbsp;

　　PLCopen 運動控制規(guī)范為供應(yīng)鏈所面臨的挑戰(zhàn)提供了解決方案。供應(yīng)鏈通常由獨立軟件供應(yīng)商、控制硬件供應(yīng)商、機器制造商及其最終用戶客戶組成。軟件供應(yīng)商滿足于使用運動控制標(biāo)準(zhǔn)，這使軟件供應(yīng)商更容易與其潛在用戶（控制供應(yīng)商）交流。他們只需要實施一次運動控制規(guī)范，對底層架構(gòu)做一些小的更改。

　　擁有新系統(tǒng)的硬件供應(yīng)商，也將此視為向前邁出的重要一步：他們不再需要開發(fā)自己的規(guī)范。由于擔(dān)心其差異化的可能性會受到限制，因此具有較長歷史的運動控制供應(yīng)商，對接受運動控制規(guī)范可能有點猶豫。這種擔(dān)心是沒有必要的。通過提供的構(gòu)建塊、工具軟件套件、伺服范圍、編碼器、調(diào)諧和其它設(shè)計元素，可以實現(xiàn)多樣化。運動供應(yīng)商愿意將其現(xiàn)有平臺集成到一個環(huán)境中，同時合并其不同運動控制組的專有技術(shù)，以增強協(xié)同效應(yīng)。運動控制標(biāo)準(zhǔn)提供了一種潛在的方法，來避免各種不同實現(xiàn)方式所造成的混亂。

　　供應(yīng)鏈的下一個環(huán)節(jié)是機器制造商。對于一些制造商來說，技術(shù)與過去有了明顯的突破。他們正在與開發(fā)機電一體化解決方案的知識中心合作。這種趨勢導(dǎo)致了兼并和收購，創(chuàng)造了更大的業(yè)務(wù)，需要通過提供新一代的機器來擴大和拓寬市場。

　　在供應(yīng)鏈的末端是購買和使用機器的最終用戶。他們需要高的靈活性、更少的停機時間和更低的成本，而這也是PLCopen 運動控制規(guī)范所支持的。（作者：Eelco van der Wal, PLCopen）

　　關(guān)鍵概念： 

　　■ PLCopen 運動控制標(biāo)準(zhǔn)為機器設(shè)計提供高功能性、抽象性。

　　■ 為了更好地為客戶服務(wù)，機器設(shè)計師正在從機械設(shè)計轉(zhuǎn)向機電一體化機器設(shè)計。

　　■ PLCopen 運動控制規(guī)范可以統(tǒng)一各種機器架構(gòu)。

　　思考一下： 

　　您的機器設(shè)計是否包括運動控制標(biāo)準(zhǔn)，以降低機器的復(fù)雜性和維護工作？