抽象編程——PLCopen功能塊加速機器設備開發與集成
發布時間：2022-05-08 www.xstr.xyz
本文圖片來源：PLCopen
機器的集成階段可能需要花費相當長的時間。這些時間包括使可編程邏輯控制（PLC）軟件與硬件匹配的時間，確保軟件應用程序在機器內按期望運行所需的時間。為了減少這方面的工作，可以將重點放在：PLC 軟件開發過程、使用的工具和適用的過程上。
一種解決方案是創建一個更高的抽象層級，在應用軟件的開發過程中隱藏接口。這樣就可以將更多的精力，放在PLC 軟件應用程序中創建特定功能。在后續階段，確定特定的硬件要求，例如伺服驅動器。硬件供應商負責提供和軟件相匹配的硬件。基本思想是使用預定義的功能塊，這些邏輯和運動功能塊，由PLCopen 指定并由供應商實現， 具有最低層級的抽象。
基于這些功能，可以在用戶自定義的功能塊類中，創建應用程序的特定功能。圖1 中顯示了兩個層級：
第一層：在正確的同步模式下，啟動和停止機器的通用功能；
第二層：應用特有的功能，如切割、密封、填充和封蓋。通過創建這些經過測試和記錄的高級功能，可以減少創建應用程序所需的工作量。其中一個收益是減少了集成階段所需的時間。
為了在運營和維護過程中不同機器的協調性、外觀和感覺，強烈建議在控制器上實施狀態機。
軟件開發的分層方法
抽象編程在包裝機上的應用
枕式包裝機是一種可以將預先分好類的產品四面包上箔紙的機器，這些箔紙被密封并切割成一定長度。由于要包裝的產品的特性千差萬別，所以機器的配置也有很大的差異。
可以使用上面定義的抽象來創建基本的應用軟件， 然后將其映射到特定的硬件功能，這樣就可以簡化集成過程。
枕式包裝器應用。
枕式包裝機的基本功能可通過與虛擬驅動器相連的3 個伺服驅動器來實現：
1. 產品進料鏈（M1）
2. 進膜和對準（M2）以及密封
3. 定長切割部分（M3）
簡化的枕式包裝機架構。
為了控制這些伺服電機，控制器中使用了“虛擬軸” （虛擬電機）。這種虛擬軸就像傳統的機械軸一樣操作機器，當然比傳統機械版更靈活。所有3 個伺服電機都通過控制軟件連接到這個虛擬軸上，該控制軟件具有GearIn 和Camming 等功能。機械連接被軟件功能所取代。
同步軸的典型功能塊。
進料伺服與虛擬軸為一對一的關系，可視為虛擬線軸的物理表示。第二個電機跟隨虛擬軸，同時使膠片上的打印與其余的過程保持一致。第三個電機通過特殊設計的輪廓與虛擬軸連接。該輪廓確保薄膜的密封長度合適，切割速度適宜。還可以為該基本概念添加其它功能。
軟件開發和標準的說明
應用軟件需要一種結構化的方法，來為可配置的獨立軟件和硬件夯實基礎。IEC 61131-3 標準和PLCopen 運動控制功能塊為此提供了良好的基礎。提供的功能包括凸輪、齒輪和齒輪就位功能，可以將相關伺服驅動器映射到合適輪廓。
這樣一來，鋁箔上的標記就被糾正了， 印刷品與要包裝的產品是一致的。此外，切割長度通過輪廓來完成，因此刀在切割過程中以箔片的速度運行，同時在切割之后可以根據需要運行得更快或更慢，以切割出合適的長度。
箔紙對齊和密封區域的細節。
對于配置，每個控制硬件平臺都開發了一個程序，涵蓋不同的尺寸和支持伺服電機的數量。有了這種包括配置在內的標準化， 甚至可以更進一步：為不同平臺提供一個軟件程序。
由于在更高的功能層級上實現了通用性， 再加上更好的錯誤跟蹤方法，以及在更深的層次上增加了調試功能例程，這些機器就更易于操作和維護，因此不需要太多的幫助。這是對生命周期成本降低理念的支持。最終用戶很容易看到服務需求和維護成本的降低， 也就更容易接受這種解決方案。
待包裝產品的進料，以及包裝好的產品（在地板上）。
總體而言，全球通用標準的使用為原始設備制造商（OEM）和用戶帶來了顯而易見的好處：
1. 每個人都能學習和理解的全球軟件標準。
2. 新機器的開發和安裝更快、更可預測、更容易。這樣可以縮短機器的安裝時間，降低風險，也意味著投入生產更快。為實現全部運營，過去需要一個月來檢查消缺，現在只需要幾天就可以完成。
3. 特定機器的軟件開發，不再局限于特定硬件類型或品牌。如果硬件供應商的平臺過時，甚至不復存在，軟件可以移植到不同的硬件品牌上，從而可以保護軟件投資。
當然， 本文只是一個相對簡單的例子。沒有真正的進料，也沒有包裝產品的處理。這些功能都可以以類似的方式添加。此外， 此處不包括適用的安全措施， 但可與PLCopen 安全功能耦合。在這種情況下，產品流是水平的，而在袋填充過程中，這通常是垂直的（垂直填充和成型機）。（作者 | Eelco van der Wal, PLCopen）
關鍵概念：
■ 更高層級的抽象有助于聚焦軟件應用程序中特定功能的創建。
■ 抽象編程有助于加快系統集成過程，簡化程序。
思考一下：
還有哪些應用程序可以從抽象編程中受益？