IEC61131-3的开放式数控系统.docx

PAGE 1 PAGE 1 IEC61131-3的开放式数控系统  本文通过与传统开放式数控系统概念相对比，提出了基于IEC61131-3的开放式数控系统的概念，然后在综合国外技术的基础上，对其软硬件系统进行了分析总结，最终探讨了开放式数控系统的发展方向。  0引言  从近年来的市场状况来看，尤其是欧洲市场，由于IEC61131标准推广应用，基于IEC61131-3的开放式数控系统已渐渐成为开放式数控系统的主流，有望成为将来开放式数控系统的标准：硬件系统按美国OMACPackagingWorkgroup（OMAC包装工作组，简称OPW）概念分为三种，通过在软件或硬件PLC上运行IEC61131-3语言编制的用户软件来实现运动掌握、插补运算、G代码掌握等CNC标准功能，同时实现PLC规律掌握功能。鉴于这种开放式数控系统在技术上的突破主要体现在采用IEC61131-3语言编程实现CNC功能，故称为基于IEC61131-3的开放式数控系统。  1硬件系统  OPW为美国OMACUsersGroup（OMAC用户组）下设的一个工作组，致力于在包装机械行业推广运动掌握解决方案，在其《包装机械自动化导则》中确立了一整套数字化运动掌握系统的概念。在综合、扩呈现有硬件系统结构的基础上，OPW确立了三种硬件系统结构的概念，分别是掌握器平台系统结构（Controller-BasedSystemArchitecture）、PC平台系统结构（PC-BasedSystemArchitecture）、驱动器平台系统结构（Drive-BasedSystemArchitecture）。  OMAC虽然设在美国，但是受到欧洲掌握系统供应商的广泛支持，西门子、施耐德等多家欧洲厂商是该组织的成员，其中西门子公司严格根据OPW概念推出了Simotion系列运动掌握产品，共有SimotionC、SimotionP、SimotionD三种，分别对应上述OPW三种平台。  1.1掌握器平台系统  图1掌握器平台系统结构规律连接图  根据OPW概念，图1中所示掌握器（Controller）作为掌握系统的核心，是一独立硬件实体，可实现规律掌握与运动掌握等功能；HMI是可选件，即使是PC做为HMI的硬件，也只能实现HMI软件功能；分布式I/O及带有数字设定接口的驱动器通过现场总线与掌握器相连。  虽然OPW没有明确指出掌握器是何种掌握器，但这里的掌握器实际上是扩展了运动掌握功能的PLC，主要因为：采用了与PLC相全都的硬件时钟实现扫描周期与中断等；其规律掌握与运动掌握功能均采用PLC标准编程语言IEC61131-3语言实现。西门子公司虽然未把SimotionC运动掌握系统称为PLC，但该产品实际上是在SIMATICS7系列PLC基础上扩展了运动掌握功能，可以直接使用SIMATICS7系列PLC的I/O模板及功能模板。从施耐德公司产品上，可以更加明显地了解到这一点，其最初的运动掌握产品就是在ModiconPremium系列PLC底板上插接运动掌握功能模块，直接在标准PLC上扩展了运动掌握功能。  在实际应用中，PLC硬件有两种结构形式，一种是传统结构的PLC硬件系统，其组件全部安装在独立的机架上，另外一种是插入到PC主板中的插槽式PLC硬件系统。西门子SimotionC属于前者，而施耐德ModiconPremium系列PLC有一款Atrium插槽式PLC，PLC的CPU及总线模块集成在一块PC板卡上，插入到PC的PCI总线插槽中，然后通过总线与外置机架上的运动掌握功能模块、I/O模块等进行通信。Atrium插槽式PLC完全独立于PC运行：标准PC机的“重起”命令对插槽式PLC的操作模式不起作用；将PC机关闭后再打开，会导致槽式PLC管理的程序热启动，但是重启动不会丢失应用程序内容；可插接在PC插槽中的24V电源允许插槽式PLC独立于PC电源工作。  OPW共推荐了两种现场总线，用于连接掌握器与分布式I/O模块及带有数字设定接口驱动器：SERCOS与PROFIBUS总线。实际应用中很多产品中采用了其他方式：可以采用其他现场总线，比如施耐德采用了CANopen总线；对于传统的PLC系统，也可不采用分布式I/O及采用传统的±10V模拟信号与带有模拟设定接口的驱动器相连接。  由于IEC61131-3语言编程工具的发展，掌握软件具有硬件无关性、可移植性等开放性特性，给了后起的掌握系统供应商甚至机床制造厂家打破传统掌握系统供应商市场垄断的机遇。在欧洲市场上，后起的掌握系统供应商甚至机床制造厂家就像PC组装厂家一样，购买芯片等硬件元件，独立配置掌握器系统，购买专业软件公司的I