Elmo運(yùn)動控制系統(tǒng)在飛機(jī)數(shù)字化裝配系統(tǒng)中的應(yīng)用
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本系統(tǒng)使用的CAN總線全面支持CANOpen 層面的DS301、DS305、DS401、DS402等協(xié)議，DS401、DS402這兩個協(xié)議為基于運(yùn)動控制所開發(fā)的通訊協(xié)議，可以直接應(yīng)用于運(yùn)動控制場合;
由于以色列Elmo公司的產(chǎn)品全部采用的是CANOpen協(xié)議，其相關(guān)的通訊底層協(xié)議全部為開放式，方便客戶與自己的其他設(shè)備連接通訊;
CAN總線上可以掛接其他的設(shè)備， 例如現(xiàn)場總線I/O，但是所掛接設(shè)備必須支持CANOpen協(xié)議;
每個CAN總線理論上可以支持最多108個節(jié)點（Node），以色列Elmo公司目前的MAESTRO多軸控制器最多具有2路CAN總線，理論上最多支持216個節(jié)點，每個節(jié)點均可以掛接伺服電機(jī)或者CAN總線設(shè)備，故對于未來設(shè)備的擴(kuò)展帶來了很多的方便之處。
MAESTRO的特點
以色列Elmo公司設(shè)計生產(chǎn)的MAESTRO為一種基于網(wǎng)絡(luò)的多軸運(yùn)動控制器，可以完成2D、2.5D的差補(bǔ)，多個軸的同步以及開始、停止等類似 PLC的運(yùn)動控制功能，同時其在整個系統(tǒng)的通訊層面可以完成的工作很豐富，諸如:網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān);各個節(jié)點的狀態(tài)的監(jiān)控;運(yùn)動的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問和控制;CAN現(xiàn)場總線的主站等。
一種基于MAESTRO的多軸運(yùn)動控制系統(tǒng)可以簡單的用如圖3所示的框圖來表示:
圖3 多軸運(yùn)動控制器框圖
其中，需要明確幾個定義:
軸:每一臺驅(qū)動器與每一臺電機(jī)組成對，完成單個運(yùn)動的控制，稱其為軸。
組:由多個軸組成，可以由MAESTRO發(fā)相同的同步指令到組里面的各個軸，其中每個獨立的軸均可以完成獨立的運(yùn)動，同時要求構(gòu)成組的每個軸的運(yùn)動形式必須要一致。組可以定義多個。
矢量組:一般為由兩個獨立的軸組成的組，通過嚴(yán)格的控制時鐘同步來獲得精確的單軸運(yùn)動定位，借此獲得期望的系統(tǒng)性能，同時矢量組可以完成2個軸的直線差補(bǔ)、圓弧差補(bǔ)以及螺旋差補(bǔ)等功能。同樣，矢量組也可以定義多個。
圖4 MAESTRO的基本構(gòu)成
其中，按照功能不同，將其內(nèi)部分為了五層，分別用不同的顏色表示，具體功能如下:
作為CAN現(xiàn)場總線主站的MAESTRO可以提供很多的網(wǎng)絡(luò)功能，其中包括了完成網(wǎng)絡(luò)配置;偵測并描述出CAN網(wǎng)絡(luò)中存在的CAN設(shè)備;通過使用標(biāo)準(zhǔn)的CANOpen協(xié)議完成CAN網(wǎng)絡(luò)信息的接收和發(fā)送;CAN網(wǎng)絡(luò)報警信息處理；根據(jù)其內(nèi)部自帶的同步機(jī)制完成時鐘同步;通過使用CANOpen 的 DS301、DS305、DS401、DS402協(xié)議完成各個CAN設(shè)備之間的通訊等。同時，其作為同步運(yùn)動控制器還可以實現(xiàn)以下一系列的同步功能: 發(fā)送同步運(yùn)動指令到指定的運(yùn)動單元軸;同步運(yùn)動單元軸之間的啟動和停止等動作；通過其內(nèi)部的callback功能實現(xiàn)對運(yùn)動完成以及Elmo驅(qū)動器內(nèi)部定義的觸發(fā)條件等的監(jiān)控;以及發(fā)送通知到上位機(jī)等。
在與上位機(jī)通訊的過程中，MAE-STRO可以使用的通訊方式有TCP/IP以及RS-232。通過該通訊可以完成的功能包括:程序的上傳和下載;系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)反饋;用戶程序運(yùn)行情況的反饋;傳輸和解釋對MAESTRO的指令以及對任意一臺終端CAN設(shè)備的操作指令。用戶還可以通過使用 Elmo公司提供的Composer軟件通過這條通路完成對終端Elmo驅(qū)動器的直接操作和監(jiān)控。
在運(yùn)行用戶程序方面，MAESTRO也有其獨有的一些特點:其作為一個全面可編程的運(yùn)動控制器可以實現(xiàn)并完成多軸運(yùn)動的編程工作;可以運(yùn)行一個或者多個用戶程序;用戶可以通過使用MAESTRO的編程語言來實現(xiàn)對其的編程操作，其編程語言與Elmo公司的驅(qū)動器的編程語言類似，都屬于類C的計算機(jī)語言，非常容易掌握;同時，其編程環(huán)境可以使用Elmo公司提供的Elmo Studio軟件來輕松實現(xiàn)。
基于以上的諸多特點，通過MAESTRO與Elmo智能型驅(qū)動器的配合使用，筆者便構(gòu)成了一套分布式控制系統(tǒng)的基本框架，用戶可以根據(jù)自己的使用工藝要求和具體的工況來選擇合適的搭配和擴(kuò)展，可靠穩(wěn)定的完成預(yù)期功能。
圖5 內(nèi)部功能示意圖
結(jié)語
目前，應(yīng)用該套分布式控制系統(tǒng)的飛機(jī)柔性裝配系統(tǒng)已經(jīng)通過了國家的驗收，準(zhǔn)備投入批量生產(chǎn)。由于國內(nèi)對于CAN總線的研究起步比較晚，在具體應(yīng)用方面相對于國外也有很大的差距，對這方面的了解也并不是很全面，還處于摸索階段。但是通過該項目的成功應(yīng)用，更加堅定了公司對這種分布式控制系統(tǒng)的推廣信心。我們將會加倍努力，將該套控制系統(tǒng)應(yīng)用于諸如醫(yī)療、紡織、印刷等更多的行業(yè)和領(lǐng)域。
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