数年来，术语“运动控制”在工业自动化领域极富争议。然而，在文献意义上，运动控制指多个驱动器之间的协调。在展览会上，真正创新的系统非常罕见，经常与有更传统结构的系统并列展出。但是，软件中的新技术正在改变常规结构，尤其是在驱动控制领域。

最近Schleicher推出的基于PC的控制系统具有协调高达6?个NC轴的能力，经过检验显示出真正创新解决方案的巨大潜力。这种新结构不仅重新分配了驱动器和更高层控制系统之间的任务职能，而且还提供了控制复杂和专门动作的方案。它代表了机床控制演变出新概念的可能性。

改变传统自动化系统的职能，任务被清晰地分配下去。一个PLC连接了输入和输出，CNC通过插补或者象机器人控制那样进行坐标变换来协调轴的动作。但如今，主要的变化出现在基本功能模块委任为相关的控制单元。

部分驱动控制由相应的PLC功能执行，或者由特殊的位置模块——或者它们被指派到更低级，例如，在位置控制器内部，与伺服放大器一样。如今，随着局部智能电力电子的出现，整个控制电路随同积分曲线发生器经常被嵌入到驱动器内。诸如此类的部件如今只通过更高级别控制系统参数化，通常通过现场总线接收工作。

作为对比，其它系统具有的中央控制系统能假定单个驱动器的功率控制。尤其是在这些情况下，功率和监控部分及控制系统之间必须要有一个快速总线连接。当然，具备高速连接正快速成为系统范围的要求，因为各个功能部件必须能同时获得各种数据加以处理。

图1：PC能控制许多功能。

例如，一个运算器能同时向电流控制器供应目前马达的位置；为速度控制器提供测量过的转数；同时，必须向位置控制单元——供电装置或连续步进电机控制系统报告实际的位置值。

此外，视觉系统要求恒定的反馈数据，从而能以图形形式直接显示出路线。对于当今普遍的节拍(cycle time)，这不是件小事。因此，有效而且全面的实现数据通信对任何一个完整的动作控制方案来说都是至关重要的要求。

驱动应用类型各异，种类繁多。类型从前进至单一目的地的单轴到复杂多轴，其中同步操作或在线处理都涉及协调多轴作业和一个外部作业。协调多轴为控制系统性能提出了高要求。如果仅仅是行进一条单路径，手工编程也许仍然是可能的选择。然而，在许多情况下，甚至凸轮装置也能够导致数据和指令数量大幅增加。因此，由功能模块组成的库对编程而言变得重要起来。运动控制系统的处理量随性能、灵活性和提供的功能范围潮起潮落。尤其是，控制驱动技术的软件模块的简化处理是一大关键优势。复杂的专门的动作，直接用CNC的DIN语言编程会非常错综复杂，但用功能模块实现则轻而易举。在这些情况下，操作员控制得以简化，而且更容易理解，尤其当各个功能模块在后台进行必要的通信时，无需用户介入。

一个处理器进行控制

通过新型的Schleicher控制系统负责所有控制器任务，可实现驱动编程的创新和便利形式，显而易见的优势是可操作性和经济性。例如，在单个处理器上的系统节省了接口和硬件成本。这种方法引来的挑战很清楚。不管执行的任务有多宽泛，性能决不容许在任何一个区域打折扣。便利熟悉的用户界面优势也不能丧失。一方面，基于Windows视窗的解决方案成为操作员界面设计的成熟手段，但工业领域需要的实时性能，如响应时间在微秒范围内，不能由仅仅运行Windows XP的PC来提供。在硬件中断的情况下，例如，一个网络接口卡，在流程没有改变的期间能发生延迟，但在实时任务要求下不允许发生这种情况。因此，尽管事实上标准Windows方案能提供方便的人机界面控制，但多任务功能和内部流程通信实际上还不能满足苛刻的实时性要求。

为了能够在单PC上提供人机界面友好的控制和实时系统，Schleicher采用了特殊的能配搭工作的操作系统组合。ProNumeric使用了KUKA Controls的VxWin包，VxWin包集成了风河的VxWorks实时操作系统和微软的Windows XP。这种集成方案融合了两种类型操作系统的优势。时间关键的任务通过VxWorks实时执行，而高端图形HMI功能及连接性也利用了便利的Windows XP用户界面口。

两个操作系统的存储区域严格由x86 MMU(存储管理单元)保持分离并保护。KUKA VxWin实时驱动确保VxWorks有处理所有时序关键任务的优先权。当实时操作系统的任务管理设备报告说空载时才从VxWorks转换到Windows。Windows和实时操作系统通过TCP/IP网络进行通信。

图2：TCP/IP将模块链接到一起。

本控制系统结构提供严格的确定性时间响应，并确保PLC运行时间的实时功能和CNC功能。同时，Windows环境也可通过OPC调用，用于诸如视觉显示及操作者对话处理等任务。除此之外，还可以使用基于Windows的项目规划工具，并获取网上手册及标准Windows程序。CNC和PLC紧密链接了ProNumeric，这是由Schleicher提供的最先进的基于PC的控制部件，因非常紧密地集成了PLC和CNC控制的运动功能而著称。由于具有分离的硬件，CNC负责运动控制，而并行运行的PLC负责控制和监视外围设备。按照IEC 61131-3对PLC进行编程，使用了STL、FBD、LAD、ST和序列功能图。根据DIN 66025，该程序具有包含延伸功能的ProNumericCNC。

CNC和PLC功能的紧密集成由ProNumeric实现，这归功于一种市面上独有的解决方案；CNC和PLC使用一种通用通信缓冲器，并完全同步化。PLC任务可以紧密地进行插值。换句话说，PLC周期时间精确地跟随CNCD的IPO周期。与分离或松散集成的硬件不同，该系统不会遇到限制因素，比如，阀的开关依赖于位置，直接与路径运动相关。在常规控制结构下，CNC和PLC之间不同的周期和与通信有关的延迟限制了响应速度。

为取得优化的机器性能及复杂功能序列，有必要确保CNC与PLC永久且精确的同步化。在完全同步化的系统内，有可能在CNC的单个时钟周期内处理传感器信号，这允许对轴进行相应的调整，而不会引起延迟。在现场，这种连续路径控制用于即刻补偿机床因发热而引起的任何漂移。温度传感器向PLC提供数据，PLC反过来利用这一信息来计算并在同一时钟周期内向CNC传递补偿值。方便的是，ProNumeric操作员界面的开放设计允许用户选择与IEC 61131-3、伺服轴试机工具、网络工具和其它诸如此类功能一致的编程环境。如远程维护和远程诊断设施、服务、文档和不同系统公司的程序管理工具等软件解决方案可被方便地被加以集成。对于shop floor编程，也有可能直接在控制器上安装CAD/CAM包。#p#分页标题#e#

NERTHUS优化NC程序

在计算CNC数据和仿真工装路径之后，Schleicher控制系统通过NERTHUS技术，减少了用自由选择的轮廓公差定义自由外形轮廓所必需的中间点。该技术减少了NC模块的数量，并生成优化的NC部件程序。采用在线曲线内插器(OCI)，CNC控制系统复制自由外形的轮廓，采用NC模块内包含的信息获得持续而光滑的路径和优化的轴速。同时，也可以通过现场总线读主机值编码器在一个内插周期内强制它们成一条“线轴”来结合多个轴。这些轴根据时钟速度和工装位置彼此同步。而且还有可能一起按组操作多个工装，如果有用，整个工装组能被结合到更高级别的虚拟主传感器，以获得优化的整体生产速度。

基于PC系统的快速Sercos连接还可作为通信中心进行配置。除了为执行器和传感器提供现场总线接口连接，如CANopen，以及到企业的以太网连接，基于PC的系统还为多种驱动器，甚至那些不同的制造商进行互动提供了理想的平台。采用Sercos接口确保了PC和驱动器之间的高带宽通信。这种接口的进一步优势是CNC从其位置控制任务中解放出来，因此显著提高了其计算能力。几乎任何一个I/O设备都能被轻松地通过现场总线耦合器连接到控制系统。

总结

从灵活性来看，基于PC的运动控制系统提供了常规解决方案未知的灵活性。借助于已在全球超过7万套实时系统内部署的VxWin技术，Schleicher控制系统能充分利用PC技术的所有优势。我们应感谢熟悉的Windows接口，操作者能快速并无缝集成自己的应用专长。基于PC的控制系统还提供远程诊断和维护设施，允许从多种多样的驱动器制造商处安装工具。预配置的Schleicher ProNumeric不仅按照IEC 61131将CNC控制系统耦合到PLC，而且还保证了系统灵活性及优化的高性能，在运动控制中明确地实现了出众的技术创新。

作者：Kuka Controls GmbH