基于IEC61131-3的开放式数控系统
这是一种分布式运动控制系统,驱动器实际上是集成了紧凑型控制器的智能驱动器,能独立完成逻辑控制与运动控制功能。从目前掌握的资料来看,市场上只有西门子Simotion D一种驱动器平台运动控制产品。
2 软件系统
基于IEC61131-3的开放式数控系统的开放性主要体现在软件方面。软件系统可分为系统软件、应用软件。系统软件包括实时操作系统、通信系统、设备驱动程序等。应用软件包括开发工具、用户程序等。
2.1 系统软件
操作系统的实时性这一问题对于PC平台系统比较突出,这是因为PC上运行的MS Windows系列通用操作系统原本面向商业应用,并非面向工业实时控制。西门子公司等控制系统供应商曾对Windows的实时特性进行了测试,证实其存在“死机”、中断延迟等问题,并不具备硬实时特性。控制器平台及驱动器平台系统则不需要PC必需的操作系统,而是严格按硬件时钟循环调用指令,也就不存在操作系统的实时性这一问题。
解决操作系统的实时性问题,目前应用最广的办法是为Windows扩展实时特性。美国Ardence(原VenturCom)公司RTX(Real-time Extension for Windows),是内置于Windows的实时操作系统。RTX线程运行时,Windows的中断被屏蔽,但Windows不能屏蔽RTX管理的中断,Windows成为一个受RTX管理的任务,其优先级最低。RTX可以保证任意线程的最差响应时间为50us。德国3S(Smart Software Solution)公司CoDeSys SP RTE(Real Time Extension),同样是内置于Windows的实时操作系统,由PC主板上的硬件时钟周期性调用,然后由RTE每毫秒产生两个硬件中断,一个用于执行CoDeSys任务,另一个用于执行Windows任务。1毫秒为默认时钟周期,可以更改,最短为50us,用于两个中断的时间比例也是可以设置的。也就是说,RTE把一个时钟周期分时用于CoDeSys任务与Windows任务,二者互不干扰。
目前通用数控系统的插补周期一般为1ms或1ms以下,以上两种Windows的实时扩展,均保证了Windows应用于数控系统的实时特性。
2.2 应用软件
应用软件包括开发工具与用户程序。PC平台系统中的PC既可以运行开发工具,也可以运行用户程序,而控制器平台与驱动器平台系统自身可以运行用户程序,可以另接PC运行开发工具。
2.2.1 开发工具
随着IEC61131标准的推广,涌现出许多符合这一标准的开发工具,如3S公司的CoDeSyS,Infoteam公司的OpenPCS等。IEC61131是国际电工委员会颁布的PLC国际标准,规定了二大类编程语言:文本化编程语言和图形化编程语言。前者包括指令清单语言(IL)和结构化文本语言(ST),后者包括梯形图语言(LD)、功能块图语言(FBD)和顺序功能图(SFC)。这些语言,最初是用于编制PLC逻辑控制程序的,但是由于PLCopen国际组织及专业化软件公司的努力,也可以用来编制运动控制与插补运算程序。
IEC61131编程语言是工控编程语言,与C语言等高级编程语言相比,在数据结构、程序结构、指令等方面相似(主要指的是ST语言),但是大幅简化,更易于自动化工程师掌握,使得用户能够自行编制运动控制与插补运算程序,自行定义数控代码,这样具有了高度的开放性。
由于采用了适应自动控制要求的国际标准语言IEC61131-3语言,基于IEC61131-3的开放式数控系统有着高度的开放性与强大的生命力。
