[发明专利]一种基于软PLC和EtherCAT总线的DELTA2机器人控制系统

说明书

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。