本文圖片來(lái)源：PLCopen

作者 | Eelco van der Wal, PLCopen

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集成包裝機(jī)可能是一個(gè)耗時(shí)的過(guò)程，但創(chuàng)建更高的抽象層級(jí)有助于實(shí)現(xiàn)特定功能，并加快整個(gè)PLC和運(yùn)動(dòng)控制編程的過(guò)程。

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機(jī)器的集成階段可能需要花費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。這些時(shí)間包括使可編程邏輯控制（PLC）軟件與硬件匹配的時(shí)間，確保軟件應(yīng)用程序在機(jī)器內(nèi)按期望運(yùn)行所需的時(shí)間。為了減少這方面的工作，可以將重點(diǎn)放在：PLC 軟件開發(fā)過(guò)程、使用的工具和適用的過(guò)程上。

一種解決方案是創(chuàng)建一個(gè)更高的抽象層級(jí)，在應(yīng)用軟件的開發(fā)過(guò)程中隱藏接口。這樣就可以將更多的精力，放在PLC 軟件應(yīng)用程序中創(chuàng)建特定功能。在后續(xù)階段，確定特定的硬件要求，例如伺服驅(qū)動(dòng)器。硬件供應(yīng)商負(fù)責(zé)提供和軟件相匹配的硬件。基本思想是使用預(yù)定義的功能塊，這些邏輯和運(yùn)動(dòng)功能塊，由PLCopen 指定并由供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)， 具有最低層級(jí)的抽象。

基于這些功能，可以在用戶自定義的功能塊類中，創(chuàng)建應(yīng)用程序的特定功能。圖1 中顯示了兩個(gè)層級(jí)：

第一層：在正確的同步模式下，啟動(dòng)和停止機(jī)器的通用功能；

第二層：應(yīng)用特有的功能，如切割、密封、填充和封蓋。通過(guò)創(chuàng)建這些經(jīng)過(guò)測(cè)試和記錄的高級(jí)功能，可以減少創(chuàng)建應(yīng)用程序所需的工作量。其中一個(gè)收益是減少了集成階段所需的時(shí)間。

為了在運(yùn)營(yíng)和維護(hù)過(guò)程中不同機(jī)器的協(xié)調(diào)性、外觀和感覺(jué)，強(qiáng)烈建議在控制器上實(shí)施狀態(tài)機(jī)。

軟件開發(fā)的分層方法

抽象編程在包裝機(jī)上的應(yīng)用

枕式包裝機(jī)是一種可以將預(yù)先分好類的產(chǎn)品四面包上箔紙的機(jī)器，這些箔紙被密封并切割成一定長(zhǎng)度。由于要包裝的產(chǎn)品的特性千差萬(wàn)別，所以機(jī)器的配置也有很大的差異。

可以使用上面定義的抽象來(lái)創(chuàng)建基本的應(yīng)用軟件， 然后將其映射到特定的硬件功能，這樣就可以簡(jiǎn)化集成過(guò)程。

枕式包裝器應(yīng)用。

枕式包裝機(jī)的基本功能可通過(guò)與虛擬驅(qū)動(dòng)器相連的3 個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)：

1. 產(chǎn)品進(jìn)料鏈（M1）

2. 進(jìn)膜和對(duì)準(zhǔn)（M2）以及密封

3. 定長(zhǎng)切割部分（M3）

簡(jiǎn)化的枕式包裝機(jī)架構(gòu)。

為了控制這些伺服電機(jī)，控制器中使用了“虛擬軸” （虛擬電機(jī)）。這種虛擬軸就像傳統(tǒng)的機(jī)械軸一樣操作機(jī)器，當(dāng)然比傳統(tǒng)機(jī)械版更靈活。所有3 個(gè)伺服電機(jī)都通過(guò)控制軟件連接到這個(gè)虛擬軸上，該控制軟件具有GearIn 和Camming 等功能。機(jī)械連接被軟件功能所取代。

同步軸的典型功能塊。

進(jìn)料伺服與虛擬軸為一對(duì)一的關(guān)系，可視為虛擬線軸的物理表示。第二個(gè)電機(jī)跟隨虛擬軸，同時(shí)使膠片上的打印與其余的過(guò)程保持一致。第三個(gè)電機(jī)通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的輪廓與虛擬軸連接。該輪廓確保薄膜的密封長(zhǎng)度合適，切割速度適宜。還可以為該基本概念添加其它功能。

軟件開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)的說(shuō)明

應(yīng)用軟件需要一種結(jié)構(gòu)化的方法，來(lái)為可配置的獨(dú)立軟件和硬件夯實(shí)基礎(chǔ)。IEC 61131-3 標(biāo)準(zhǔn)和PLCopen 運(yùn)動(dòng)控制功能塊為此提供了良好的基礎(chǔ)。提供的功能包括凸輪、齒輪和齒輪就位功能，可以將相關(guān)伺服驅(qū)動(dòng)器映射到合適輪廓。

這樣一來(lái)，鋁箔上的標(biāo)記就被糾正了， 印刷品與要包裝的產(chǎn)品是一致的。此外，切割長(zhǎng)度通過(guò)輪廓來(lái)完成，因此刀在切割過(guò)程中以箔片的速度運(yùn)行，同時(shí)在切割之后可以根據(jù)需要運(yùn)行得更快或更慢，以切割出合適的長(zhǎng)度。

箔紙對(duì)齊和密封區(qū)域的細(xì)節(jié)。

對(duì)于配置，每個(gè)控制硬件平臺(tái)都開發(fā)了一個(gè)程序，涵蓋不同的尺寸和支持伺服電機(jī)的數(shù)量。有了這種包括配置在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化， 甚至可以更進(jìn)一步：為不同平臺(tái)提供一個(gè)軟件程序。

由于在更高的功能層級(jí)上實(shí)現(xiàn)了通用性， 再加上更好的錯(cuò)誤跟蹤方法，以及在更深的層次上增加了調(diào)試功能例程，這些機(jī)器就更易于操作和維護(hù)，因此不需要太多的幫助。這是對(duì)生命周期成本降低理念的支持。最終用戶很容易看到服務(wù)需求和維護(hù)成本的降低， 也就更容易接受這種解決方案。

待包裝產(chǎn)品的進(jìn)料，以及包裝好的產(chǎn)品（在地板上）。

總體而言，全球通用標(biāo)準(zhǔn)的使用為原始設(shè)備制造商（OEM）和用戶帶來(lái)了顯而易見(jiàn)的好處：

1. 每個(gè)人都能學(xué)習(xí)和理解的全球軟件標(biāo)準(zhǔn)。

2. 新機(jī)器的開發(fā)和安裝更快、更可預(yù)測(cè)、更容易。這樣可以縮短機(jī)器的安裝時(shí)間，降低風(fēng)險(xiǎn)，也意味著投入生產(chǎn)更快。為實(shí)現(xiàn)全部運(yùn)營(yíng)，過(guò)去需要一個(gè)月來(lái)檢查消缺，現(xiàn)在只需要幾天就可以完成。

3. 特定機(jī)器的軟件開發(fā)，不再局限于特定硬件類型或品牌。如果硬件供應(yīng)商的平臺(tái)過(guò)時(shí)，甚至不復(fù)存在，軟件可以移植到不同的硬件品牌上，從而可以保護(hù)軟件投資。

當(dāng)然， 本文只是一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的例子。沒(méi)有真正的進(jìn)料，也沒(méi)有包裝產(chǎn)品的處理。這些功能都可以以類似的方式添加。此外， 此處不包括適用的安全措施， 但可與PLCopen 安全功能耦合。在這種情況下，產(chǎn)品流是水平的，而在袋填充過(guò)程中，這通常是垂直的（垂直填充和成型機(jī)）。

關(guān)鍵概念：

更高層級(jí)的抽象有助于聚焦軟件應(yīng)用程序中特定功能的創(chuàng)建。

抽象編程有助于加快系統(tǒng)集成過(guò)程，簡(jiǎn)化程序。

思考一下：

還有哪些應(yīng)用程序可以從抽象編程中受益？