抽象编程——PLCopen功能块加速机器设备开发与集成
发布时间：2022-05-08 www.cechina.cn
本文图片来源：PLCopen
机器的集成阶段可能需要花费相当长的时间。这些时间包括使可编程逻辑控制（PLC）软件与硬件匹配的时间，确保软件应用程序在机器内按期望运行所需的时间。为了减少这方面的工作，可以将重点放在：PLC 软件开发过程、使用的工具和适用的过程上。
一种解决方案是创建一个更高的抽象层级，在应用软件的开发过程中隐藏接口。这样就可以将更多的精力，放在PLC 软件应用程序中创建特定功能。在后续阶段，确定特定的硬件要求，例如伺服驱动器。硬件供应商负责提供和软件相匹配的硬件。基本思想是使用预定义的功能块，这些逻辑和运动功能块，由PLCopen 指定并由供应商实现， 具有最低层级的抽象。
基于这些功能，可以在用户自定义的功能块类中，创建应用程序的特定功能。图1 中显示了两个层级：
第一层：在正确的同步模式下，启动和停止机器的通用功能；
第二层：应用特有的功能，如切割、密封、填充和封盖。通过创建这些经过测试和记录的高级功能，可以减少创建应用程序所需的工作量。其中一个收益是减少了集成阶段所需的时间。
为了在运营和维护过程中不同机器的协调性、外观和感觉，强烈建议在控制器上实施状态机。
软件开发的分层方法
抽象编程在包装机上的应用
枕式包装机是一种可以将预先分好类的产品四面包上箔纸的机器，这些箔纸被密封并切割成一定长度。由于要包装的产品的特性千差万别，所以机器的配置也有很大的差异。
可以使用上面定义的抽象来创建基本的应用软件， 然后将其映射到特定的硬件功能，这样就可以简化集成过程。
枕式包装器应用。
枕式包装机的基本功能可通过与虚拟驱动器相连的3 个伺服驱动器来实现：
1. 产品进料链（M1）
2. 进膜和对准（M2）以及密封
3. 定长切割部分（M3）
简化的枕式包装机架构。
为了控制这些伺服电机，控制器中使用了“虚拟轴” （虚拟电机）。这种虚拟轴就像传统的机械轴一样操作机器，当然比传统机械版更灵活。所有3 个伺服电机都通过控制软件连接到这个虚拟轴上，该控制软件具有GearIn 和Camming 等功能。机械连接被软件功能所取代。
同步轴的典型功能块。
进料伺服与虚拟轴为一对一的关系，可视为虚拟线轴的物理表示。第二个电机跟随虚拟轴，同时使胶片上的打印与其余的过程保持一致。第三个电机通过特殊设计的轮廓与虚拟轴连接。该轮廓确保薄膜的密封长度合适，切割速度适宜。还可以为该基本概念添加其它功能。
软件开发和标准的说明
应用软件需要一种结构化的方法，来为可配置的独立软件和硬件夯实基础。IEC 61131-3 标准和PLCopen 运动控制功能块为此提供了良好的基础。提供的功能包括凸轮、齿轮和齿轮就位功能，可以将相关伺服驱动器映射到合适轮廓。
这样一来，铝箔上的标记就被纠正了， 印刷品与要包装的产品是一致的。此外，切割长度通过轮廓来完成，因此刀在切割过程中以箔片的速度运行，同时在切割之后可以根据需要运行得更快或更慢，以切割出合适的长度。
箔纸对齐和密封区域的细节。
对于配置，每个控制硬件平台都开发了一个程序，涵盖不同的尺寸和支持伺服电机的数量。有了这种包括配置在内的标准化， 甚至可以更进一步：为不同平台提供一个软件程序。
由于在更高的功能层级上实现了通用性， 再加上更好的错误跟踪方法，以及在更深的层次上增加了调试功能例程，这些机器就更易于操作和维护，因此不需要太多的帮助。这是对生命周期成本降低理念的支持。最终用户很容易看到服务需求和维护成本的降低， 也就更容易接受这种解决方案。
待包装产品的进料，以及包装好的产品（在地板上）。
总体而言，全球通用标准的使用为原始设备制造商（OEM）和用户带来了显而易见的好处：
1. 每个人都能学习和理解的全球软件标准。
2. 新机器的开发和安装更快、更可预测、更容易。这样可以缩短机器的安装时间，降低风险，也意味着投入生产更快。为实现全部运营，过去需要一个月来检查消缺，现在只需要几天就可以完成。
3. 特定机器的软件开发，不再局限于特定硬件类型或品牌。如果硬件供应商的平台过时，甚至不复存在，软件可以移植到不同的硬件品牌上，从而可以保护软件投资。
当然， 本文只是一个相对简单的例子。没有真正的进料，也没有包装产品的处理。这些功能都可以以类似的方式添加。此外， 此处不包括适用的安全措施， 但可与PLCopen 安全功能耦合。在这种情况下，产品流是水平的，而在袋填充过程中，这通常是垂直的（垂直填充和成型机）。（作者 | Eelco van der Wal, PLCopen）
关键概念：
■ 更高层级的抽象有助于聚焦软件应用程序中特定功能的创建。
■ 抽象编程有助于加快系统集成过程，简化程序。
思考一下：
还有哪些应用程序可以从抽象编程中受益？