CN107765629A - 一种基于软PLC和EtherCAT总线的DELTA2机器人控制系统 - Google Patents

一种基于软PLC和EtherCAT总线的DELTA2机器人控制系统 Download PDF

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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/05—Programmable logic controllers, e.g. simulating logic interconnections of signals according to ladder diagrams or function charts
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/25268—PLD programmable logic device

Abstract

一种基于软PLC和EtherCAT总线的DELTA2机器人控制系统，通讯总线采用分布式时钟技术，使用标准以太网协议，无需专用网卡，便能够实现多轴精确同步控制，适合高速机器人的高精度伺服控制。该控制系统开放性好、硬件结构简单、可移植性高，大大缩短了工业机器人研发的周期。

Description

一种基于软PLC和EtherCAT总线的DELTA2机器人控制系统
所属技术领域
本发明涉及一种基于软PLC和EtherCAT总线的DELTA2机器人控制系统，适用于机械领域。
背景技术
目前国内外大部分运动控制器均采用基于DSP和FPGA的多轴运动控制卡方式，其一般带有PCI接口，集成于PC的PCI插槽。但其系统布线复杂、可靠性差，可以控制的轴数有限，且技术封闭、拓展性差、价格昂贵，不易和工厂其他设备集成在一个控制系统中。
软PLC是集控制、人机界面、数据处理、通讯功能等集成于一台PC的解决方案。随着PC机性能的不断提升，数值计算、程序运行和逻辑处理能力大幅度提高。目前各大厂商都不断致力于把传统的硬PLC移植到PC平台上，通过不断的实践这种软PLC技术已经日趋成熟。例如西门子公司的WinAC、亚控的KinACT, 3S公司的Codesys、然而这些公司的软PLC控制方案，应用范围还不太广泛，应用案例不多，实时性和稳定性得不到保证。德国的倍福公司在基于实时以太网EtherCAT的基础上，开发了一系列的软PLC集成方案，其应用结构简单、实时性高、开发调试方便，因此，本文作者选用了倍福的的TwinCAT控制平台进行了相关研究，该平台将修改了Windows的内核结构，结合倍福公司的EtherCAT技术，能够实现多达256轴的实时运动控制。
EtherCAT技术是德国倍福公司提出的一种新型实时工业以太网总线，其网络拓扑结构简单灵活，具有分布时钟的精确校准，100 Mb/s的传输速率，是目前最安全、可靠、高效的总线之一，特别适合那些快速而高性能的机械控制系统。EtherCAT技术的使用保证了软PLC的控制指令有效快速地传递到下位机执行，同时下位机接收的反馈信息也可以及时地传送到上位机进行处理。
发明内容
本发明提出了一种基于软PLC和EtherCAT总线的DELTA2机器人控制系统，通讯总线采用分布式时钟技术，使用标准以太网协议，无需专用网卡，便能够实现多轴精确同步控制，适合高速机器人的高精度伺服控制。
本发明所采用的技术方案是。
所述软PLC可以分为开发系统和运行系统两部分。开发系统和运行系统是客户/服务模式，上下间通过C-OM/DCOM模式通讯，运行环境作为服务器提供了标准通信接口。开发环境作为C-OM客户端应用，可以访存问这些接口后进行操作。
所述运行系统是软PLC的核心部分，是连接开发系统和具体硬件的枢纽。它通常包括虚拟机、I/O驱动程序、OPC服务程序等模块。虚拟机解释执行由开发系统生成的目标代码，调取命令区的控制指令，代码区执行目标代码通过I/O驱动模块进行数据的输入输出处理，通过状态描述区可查看虚拟机运行状态。I/O口采用标准的OPC接口，OPC包括了一套接口、属性和方法的标准集，过程中无论是什么软件或设备，OPC都可以为控制设备间通信提供公共接口。例如通过OPC接口与SCADA相连实现监控功能。
所述整个控制系统采用一台普通的工控机作为上位机硬件平台，使用倍福的TwinCAT作为软件控制平台，该平台主要完成系统管理、插补运算、运动学与动力学计算、机器人逻辑控制等任务。TwinCAT开发环境分为两部分，System Manager主要完成整个系统设置和I/O硬件的配置，而逻辑程序的编写和调试，都在PLC Conltrol中进行。此外运用PTP的电子凸轮功能控制机器人机械手臂，提高了机械手臂的速度和柔性。
所述上位机与下位机，下位机内部之间采用级连方式连接，物理连接介质使用普通网线或光纤即可。DELTA2机器人采用2台倍福EtherCAT伺服电机经蜗轮蜗杆减速器减速后驱动机械臂运动。在两台伺服电机轴上安装有12位的绝对式编码器，通过倍福EtherCAT端子模块EL5001直接连接增量式编码器SSI接口。SSI接口电路产生一个脉冲信号来读取数据，并将数据流提供给控制器。这样整个系统构成一个半闭环的控制系统。由于整个控制系统采用了EtherCAT的通讯方式，一跟网线一网到底，简化了布线和调试工作，节省很多空间，降低了系统成本。
本发明的有益效果是：该控制系统开放性好、硬件结构简单、可移植性高，大大缩短了工业机器人研发的周期。
附图说明
图1是本发明的软PLC体系结构。
图2是本发明的基于IEC61131-3标准软件模型。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1，软PLC可以分为开发系统和运行系统两部分。开发系统和运行系统是客户/服务模式，上下间通过C-OM/DCOM模式通讯，运行环境作为服务器提供了标准通信接口。开发环境作为C-OM客户端应用，可以访存问这些接口后进行操作。
如图2，开发系统就是带有调试和编译功能的PLC编程器，现在实际是按照IEC61131-3标准设计的。IEC61131-3软件模型是一种分层结构，描述了很多概念包括配置(Configuration )、资源( Resource )、任务(Task )、程序(Program )、功能块(FunctionBlock)以及功能(Function)等和它们之间的关系，将一个复杂的项目分成若干独立的单元，每个单元下又有单元。
运行系统是软PLC的核心部分，是连接开发系统和具体硬件的枢纽。它通常包括虚拟机、I/O驱动程序、OPC服务程序等模块。虚拟机解释执行由开发系统生成的目标代码，调取命令区的控制指令，代码区执行目标代码通过I/O驱动模块进行数据的输入输出处理，通过状态描述区可查看虚拟机运行状态。I/O口采用标准的OPC接口，OPC包括了一套接口、属性和方法的标准集，过程中无论是什么软件或设备，OPC都可以为控制设备间通信提供公共接口。例如通过OPC接口与SCADA相连实现监控功能。
软PLC将本来有DSP或者FPGA完成的功能全部集成到了计算机中处理，因此对于信号传输的实时性要求较高。所以必须运行在实时系统上。
整个控制系统采用一台普通的工控机作为上位机硬件平台，使用倍福的TwinCAT作为软件控制平台，该平台主要完成系统管理、插补运算、运动学与动力学计算、机器人逻辑控制等任务。TwinCAT开发环境分为两部分，System Manager主要完成整个系统设置和I/O硬件的配置，而逻辑程序的编写和调试，都在PLC Conltrol中进行。此外运用PTP的电子凸轮功能控制机器人机械手臂，提高了机械手臂的速度和柔性。
上位机与下位机，下位机内部之间采用级连方式连接，物理连接介质使用普通网线或光纤即可。DELTA2机器人采用2台倍福EtherCAT伺服电机经蜗轮蜗杆减速器减速后驱动机械臂运动。在两台伺服电机轴上安装有12位的绝对式编码器，通过倍福EtherCAT端子模块EL5001直接连接增量式编码器SSI接口。SSI接口电路产生一个脉冲信号来读取数据，并将数据流提供给控制器。这样整个系统构成一个半闭环的控制系统。由于整个控制系统采用了EtherCAT的通讯方式，一跟网线一网到底，简化了布线和调试工作，节省很多空间，降低了系统成本。
在整个系统的设计当中，轨迹规划和运动插补计算都在上位机的软PLC中进行，计算结果在上位机转换为数字信号通过太网EtherCAT总线实时传输到下位机的伺服驱动器从而控制两个伺服电机联动，上位机控制单元每次根据编码器反馈的信息调整插补指令，控制机械臂运动。
DELTA2机器人的上位机控制程序主要分为三部分：(1)在TwinCAT SystemManager里配置各个伺服轴的参数、虚拟一根时间轴作为主轴和两根NC轴作为从轴、绘制凸轮曲线表、加载PLC程序；(2)在TwinCAT PLC Control里编写控制程序，包括主从轴的启动、使能、停止、点动，以及调用凸轮表、凸轮的祸合与解祸5} } (3 )基于ADS通讯，通过TwinCAT提供的通讯连接库文件，在Visual Studio软件中用C#编写机器人的控制界面。
凸轮表有关键点模式和描点模式，前者可以指定关键点的主从轴位置并且可以自己定义相邻两点的差值方式，而后者仅仅指定每个点的主从位置，两相邻点之间为直线插值，因此选用描点方式的凸轮表，位置点必须很密集。这里使用关键点模式绘制凸轮表，在DELTA2的工作空间中选取8个关键点，经过运动学逆解得到相应的关节空间点后插人表格中。
TwinCAT PLC Control主要完成逻辑程序的编写和调试，PLC程序主要分为三部分，PLC轴配置模块、PLC轴控制模块和参数读取模块。其中配置模块主要实现各轴的使能和凸轮表的祸合功能。控制模块有匀速运动、主从轴的点动、绝对运动、相对运动及急停等功能。参数读取模块主要是读取运行轴的主要参数及系统运行信息。
ADS通信是BECKHOFF公司定义的一种协议，用于TwinCAT设备间的非周期性的通讯。在VisualStudi。通过编写C#程序调用twincat.ads库对PLC中的变量进行连接和修改，在Winform上设计一个控制界面。

Claims (4)

1.一种基于软PLC和EtherCAT总线的DELTA2机器人控制系统，其特征是：所述软PLC可以分为开发系统和运行系统两部分，开发系统和运行系统是客户/服务模式，上下间通过C-OM/DCOM模式通讯，运行环境作为服务器提供了标准通信接口，开发环境作为C-OM客户端应用，可以访存问这些接口后进行操作。
2.根据权利要求1所述的一种基于软PLC和EtherCAT总线的DELTA2机器人控制系统，其特征是：所述运行系统是软PLC的核心部分，是连接开发系统和具体硬件的枢纽，它通常包括虚拟机、I/O驱动程序、OPC服务程序等模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于软PLC和EtherCAT总线的DELTA2机器人控制系统，其特征是：所述整个控制系统采用一台普通的工控机作为上位机硬件平台，使用倍福的TwinCAT作为软件控制平台，该平台主要完成系统管理、插补运算、运动学与动力学计算、机器人逻辑控制等任务。
4.根据权利要求1所述的一种基于软PLC和EtherCAT总线的DELTA2机器人控制系统，其特征是：所述上位机与下位机，下位机内部之间采用级连方式连接，物理连接介质使用普通网线或光纤即可，DELTA2机器人采用2台倍福EtherCAT伺服电机经蜗轮蜗杆减速器减速后驱动机械臂运动。
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Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108762318A (zh) * 2018-08-16 2018-11-06 合肥中科离子医学技术装备有限公司 一种多轴高精度闭环反馈运动控制系统
CN108942932A (zh) * 2018-07-19 2018-12-07 深圳市智能机器人研究院 基于EtherCAT总线的工业机器人控制系统及方法
CN109116826A (zh) * 2018-09-13 2019-01-01 上海精研电子科技有限公司 集中控制的轨道工程车电控系统
CN109491312A (zh) * 2018-11-15 2019-03-19 广东水利电力职业技术学院（广东省水利电力技工学校） 一种基于Codesys的CNC Robot运动控制核心实现方法及控制系统
CN109669417A (zh) * 2018-12-25 2019-04-23 西安拽亘弗莱工业自动化科技有限公司 基于软plc的电子凸轮真空叶片灌肠机控制系统及方法
CN111381552A (zh) * 2018-12-29 2020-07-07 苏州灵猴机器人有限公司 驱控一体技术架构
CN111443630A (zh) * 2020-04-03 2020-07-24 军创（厦门）自动化科技有限公司 一种内建可编程控制功能的伺服驱动器
CN111775145A (zh) * 2020-06-01 2020-10-16 上海大学 一种串并联机器人的控制系统
CN112631196A (zh) * 2020-12-25 2021-04-09 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 一种基于plc的高速数据采集与控制系统
CN113021330A (zh) * 2019-12-24 2021-06-25 沈阳智能机器人创新中心有限公司 一种分布式网络下的多机器人同步随动控制方法
CN113325810A (zh) * 2021-04-22 2021-08-31 福州汉思信息技术有限公司 一种自动化数据交互方法
CN114900516A (zh) * 2022-03-30 2022-08-12 西安大医集团股份有限公司 分布式数据传输系统
CN116663075A (zh) * 2023-07-24 2023-08-29 信联科技(南京)有限公司 一种基于国密算法的工控编程平台安全通信方法及系统

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108942932B (zh) * 2018-07-19 2021-10-08 深圳市智能机器人研究院 基于EtherCAT总线的工业机器人控制系统及方法
CN108942932A (zh) * 2018-07-19 2018-12-07 深圳市智能机器人研究院 基于EtherCAT总线的工业机器人控制系统及方法
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CN109116826A (zh) * 2018-09-13 2019-01-01 上海精研电子科技有限公司 集中控制的轨道工程车电控系统
CN109491312A (zh) * 2018-11-15 2019-03-19 广东水利电力职业技术学院（广东省水利电力技工学校） 一种基于Codesys的CNC Robot运动控制核心实现方法及控制系统
CN109669417A (zh) * 2018-12-25 2019-04-23 西安拽亘弗莱工业自动化科技有限公司 基于软plc的电子凸轮真空叶片灌肠机控制系统及方法
CN111381552A (zh) * 2018-12-29 2020-07-07 苏州灵猴机器人有限公司 驱控一体技术架构
CN113021330B (zh) * 2019-12-24 2022-04-05 沈阳智能机器人创新中心有限公司 一种分布式网络下的多机器人同步随动控制方法
CN113021330A (zh) * 2019-12-24 2021-06-25 沈阳智能机器人创新中心有限公司 一种分布式网络下的多机器人同步随动控制方法
CN111443630A (zh) * 2020-04-03 2020-07-24 军创（厦门）自动化科技有限公司 一种内建可编程控制功能的伺服驱动器
CN111775145A (zh) * 2020-06-01 2020-10-16 上海大学 一种串并联机器人的控制系统
CN112631196A (zh) * 2020-12-25 2021-04-09 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 一种基于plc的高速数据采集与控制系统
CN113325810A (zh) * 2021-04-22 2021-08-31 福州汉思信息技术有限公司 一种自动化数据交互方法
CN114900516A (zh) * 2022-03-30 2022-08-12 西安大医集团股份有限公司 分布式数据传输系统
CN116663075A (zh) * 2023-07-24 2023-08-29 信联科技(南京)有限公司 一种基于国密算法的工控编程平台安全通信方法及系统
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