基于PLCopen的数控机械控制器研究与开发
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中圈分类号；ＴＰ３１ １
Ｄｏｉ：１ ０．３９６ｃｌ／Ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－０１ ３４．２０１ ６１１
３１—３；ＰＬＣｏｐｅｎ；运动控制
８
文献标识码：Ａ文章缩号；１ ００９—０１３４（２０１ ３）ｏｌ（下）一００６３—０５ ３．０１（下）．１
０引言
“数控一代机械产品”的发展规划，通过在 各行业中推广应用成熟的数字控制技术和装置来
程语言。ＴｗｉｎＣＡＴ
Ｓｃｏｐｅ
Ｖｉｅｗ贝１］是ＴｗｉｎＣＡＴ的附
己的控制需求选取相应的功能块，并设置相应的 输入／输出变量即可。
功能块对轴的作用机理如图４所示。轴数据变
加软件，是一种图形化输出分析工具，可对本地
１６４１
第３５卷第１期２０１３－０１（下）
万方数据
量Ａｘｉｓ，作为公共的数据电缆联系并贯穿于整个 控制方案的始终，各个功能块根据自身的控制功 能，完成对单轴数据结构体中控制信息和反馈信 息的处理，最后在ＴｗｉｎＣＡＴ的任务调度下，以及 经过必要的数据变换，完成对电机的控制。多轴 和轴组功能块的控制作用是在单轴功能块作用机 理的基础上实施的。
ＰＬＣ
３１—３工业控制编程语言标准和ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制规范，开发了完整的 ｏｐｅｎ运动控制库，并以此为基础研究没计了几种典型的数控机械，最后对ＰＬＣｏｐｅｎ，Ｌ亟动
６１ １
控制库和数控机械功能库进行了实验验证，从而实现了一套简单、高效、通用、灵活、完整的 数控机械运动控制解决方案。 关键词：数控一代；数控机械；ＩＥＣ
开始
图３运动控制功能块软件模型
图４运动控制功能块对轴的作用机理
本文ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制库开发，主要分为五大 模块，如图５所示：电源开／关管理模块、功能块
参数配置和状态管理模块、运动控制信息管理模 块、错误信息管理和复位模块以及运动控制执行
模块。图中的箭头指向表示了控制相关信息流的 流向，其中前四个模块ｌ主ＩＰＬＣｏｐｅｎ运动控制库中的 管理类功能块完成，而运动控制执行模块则由运 动控制类功能块完成。
置控制、连续控制、轴与轴之间的协同控制（电 子齿轮、电子凸轮等等）、运动的中止、停止以 及回零控制等，对于轴组主要完成轴组的快速定 位控制、直线插补控制、圆弧插补控制、运动的 中止、中断、继续、停止以及回零控制等。 管理类功能块的作用并不影响轴／轴组的工作 状态（除电源使能功能块和复位功能块外），只 完成功能块相关参数和状态的管理功能。其内部 主要完成功能块使能检测、相关参数的合法性检 测、自身的管理功能执行、Ｅｒｒｏｒ检测和处理、功 能块完成状态检测、输出变量的设置等，其执行 流程图如图６所示。
其实就定义了一个以该功能块标识为标示符的衍 生数据类型，用户可以由此定义一个或多个对 象，而输入，输出变量则由具体运动控翩功能块而 定，运动控制算法是功能块的功能核心，而这部 分对用户是隐蔽封装的，使用时用户只需根据自
Ｃｏｎｔｒｏｌ是ＴｗｉｎＣＡＴ的组态软
件，也是ＴｗｉｎＣＡＴ软件的核心，其为ＰＬＣ编程提 供了完整的开发环境，支持所有的ＩＥＣ ６１１３１—３编
器编程技术相结合，从而为可编程控制器工业控
业机械产品种类多样，受控设备更是多种多样，
因此探索研究一套方便、灵活、通用、高效的控 制系统解决方案，对于方便快速地实现机械产品 的数控化转型，具有计提供了新的方法。
１．２
ｌ一３编程语言标准通过将计算机技
ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制规范
外，为了方便后面数控机械功能库的开发，本文 还开发了符合ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制规范的自定义功能 块，如点动控制、虚拟主轴功能块等。
一Ｉ否
≤≥乒
关参数设置合≠
《矽
前轴触组状态合适！＞ ＼／
运动控制执行
丽‰
栩饕夺量初始批ｌ
—工■
＋
设变误错一
鳅艄黼黼ｒ
否
炙
控制功能完成ｆ
掬＝ ．， 糊『
图８ ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制库的开发 ２．４
基于ＰＬＣｏｐｅｎ的数控机械控制器研究与开发
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＮＣ ｍａｃｈｉｎｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ＰＬＣｏｐｅｎ
刘艳强，宋永立
ＬＩＵ Ｙａｎ—ｑｉａｎｇ，ＳＯＮＧ Ｙｏｎｇ．¨ （北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京１００１９１） 摘要： “数控一代”的发展规划将促进我国机械产品的全面创新和升级换代，因此探索研究一套方 便、灵活、通用、高效的控制系统解决方案，成为亟待解决的关键问题。文章以“数控一代” 为背景，结合ｌＥＯ
准化的运动控制解决方案接口，实现运动控制解 决方案的标准化。当前ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制规范包括 以下六部分： １）运动控制功能块。
统软件的开发提供了一种新的语言和编程方法。
而ＰＬＣｏｐｅｎ作为独立于生产商和产品的国际性协 会，其一项主要活动就是支持、宣传和推广ＩＥＣ ６１１３１—３国际标准，通过推广标准化的编程语言和
１．３
ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制库的实现
ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制功能块，是基于ＩＥＣ
６１ １３１
２．１运动控制功能块总体设计
—３的ＦＢＤ语言编程，采用“Ｌｏｏｋ
ａｎｄ
ＴｗｊｎＣＡＴ
ｆｅｅｌ”的设计
ＴｗｉｎＣＡＴ是由德国Ｂｅｃｋｈｏｆｆ公司开发的完全支
持ＩＥＣ ６１１３１—３标准的可编程控制系统开发平台。
理念定义的，其典型的软件模型如图３所示，包括
篓黧蓊糕降殛童多 —Ｔ一《鑫汾
误标识和错误代号ｒ、掣！矍奎．／一一
结束
ｉ区垂
厂—￥ 厂哞 卜翔◇
量值
－
功能 块参 数配
置和
运动控制执行模块
运动 控制 信息
管理
状态
管理
图６管理类功能块的内部控制流程
模块
模块 错误信息管理和复位模块
运动控制类功能块则完成与轴／轴组具体运动 控制相关的功能，各个功能块的动作时序需符合 轴／轴组状态图，且时刻影响轴／轴组状态的转换。
图５ ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制库的功能模块
功能块内部主要完成物理轴电源使能状态检测、功 能块使能状态检测、轴／轴组当前所处状态检测、 相关变量的初始化设置、ＥｒｒｏｒＳｔｏｐ检测和处理、 ＢｕｆｆｅｒＭｏｄｅ检测和处理、ＣｏｍｍａｎｄＡｂｏｒｔｅｄ检测和 处理、相关参数的合法性检测、功能块运动控制执 行、Ｅｒｒｏｒ检测和处理、功能块完成状态检测、输出
蔓堡 ——１—一
是 小生
ＴｗｉｎＣＡＴ平台下的功能块的组织结构和接口变量设 计以及Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋平台下的功能块控制算法实现， 这样导出的．１ｉｂ文件和．ｏｂｊ文件共同构成ＰＬＣｏｐｅｎ运
京；ｉｉｉ天习ｌ查：！堑竺堡Ｉ土、、２Ｅ掣：：！：≯
＼
黠触
动控制库。本文开发的ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制库包括单 轴、多轴以及轴组控制功能，共计５４个功能块，另
标准化的运动控制接口，实现了独立于硬件、高 效、灵活、可重用的运动控制解决方案，得到了 如Ｂｅｃｋｈｏｆｆ、Ｂ＆Ｒ、Ｏｍｒｏｎ等公司的大力推广。
２）扩展功能块。
３）用户指导。 ４）协同运动控制功能块。 ５）回零过程控制功能块。 ６）液压部分扩展功能块。
１数控机械控制器开发技术背景
１．１ ＩＥＣ
６１１３１－３编程语言标准
所引发的状态转换，而虚线箭头则表明了当相关 控制命令作用终止时或发生错误时所引发的状态
转换。任何时刻单轴或轴组总是处于图中所示的
库函数的开发实现，利用ＴｗｉｎＣＡＴ
验证。
Ｓｃｏｐｅ
Ｖｉｅｗ对
开发的ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制库和数控机械库进行实验 ２
某一状态，并且随着程序的执行，单轴或轴组的
状态随着不同运动控制功能块的作用以及控制情 况发生转换。
控制（ＣＰ）、回零控制等功能。 为了实现多个功能块之间，乃至轴与轴之间 的复合控制，并使控制方案按照一定的时序和逻 辑关系执行，ＰＬＣｏｐｅｎ针对单轴、多轴和轴组的
运动控制定义了两组状态图，如图１所示为单轴状 态图，图２所示为轴组状态图。单轴状态图共包括
图１单轴状态图
八种状态，轴组状态共包括六种状态，单轴／轴组 各个状态的含义、各状态下可作用的功能块以及 引发相应状态的功能块和条件，可参考文献【５】。 另外，单轴状态图和轴组状态之间具有一定的联
百磊网ｌ堡墨塑塑坐塑
型丙
２．２运动控制库数据类型设计
图７运动控制类功能块的内部控制流程
ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制库开发过程中的关键问题
１）为了实现各个运动控制功能块功能的独立
功能块的作用，就是对通过功能块的接口变 量进行初始化、加工，最后打包成一个数据结构 体。因此要完成功能块的设计开发，首先要进行
性，以及与轴相关控制信息的完整性和连续性，
系，轴组状态图处于整个控制方案的最顶层，而
图２轴组状态图
轴组中的各个单轴则根据单轴和轴组运动状态之
间的影响关系而处于相应的状态，具体可参考文 献【５】。图中的箭头表明了不同状态之间可能发生 的状态转换，其中实线箭头代表由相关控制命令
本文数控机械控制器的开发设计，是利用
ＴｗｉｎＣＡＴ进行ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制功能库的组织结 构设计和ＰＬＣ编程，利用Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋进行运动控制
要是对导出数据类型的设计。本文在对ＰＬＣｏｐｅｎ 运动控制库的开发过程中，主要涉及三类数据类 型：轴／轴组相关数据类型、运动控制相关数据类 型以及运动状态和运动参数相关数据类型。
使能、禁能、轴组配置信息的读取、运动变换模 型的设置等： 运动控制信息管理模块：主要完成轴／轴组运 动控制信息的读取； 错误信息管理和复位模块：主要完成轴／轴组 错误信息的读取和复位等； 运动控制执行模块：是整个运动控制库的控
制核心，对于单轴主要完成单轴的速度控制、位
输入黼出变量
输入变量１ 输入变量２ 输入变量３ 输入变量４ 输入变量ｎ 输Ａ／输出变量 输出变量１ 输出变量２ 输出变量３ 输出变量４ 输出变量ｎ
术领域的先进编程技术引入到可编程控制器，使 得工业控制程序的兼容性、互换性、开放性、可
重用性以及模块化程度显著提高，同时为控制系
ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制规范，是为了解决不同厂 商、不同企业、甚至同一个企业不同控制对象之 间控制系统和控制解决方案的不兼容问题，而由 ＰＬＣｏｐｅｎ的第二技术小组ＴＣ２发起的运动控制编程 标准化规范。其通过推行标准化的编程语言和标
对单轴参考数据类型ＡＸＩＳ—ＲＥＦ的设计。 ２）为了实现轴组功能块规定的多轴协同控制 以及物理单轴与概念轴组之间的联系，对轴组参
考数据类型ＡＸＥＳ—ＧＲＯＵＰ＿ＲＥＦ的设计。 ３）为了实现多个功能块，乃至轴与轴之间的
运动控制库数据类型的设计。ＩＥＣ ６１１３１－３标准规 定了３种数据类型：基本数据类型、类属数据类型 和导出数据类型。运动控制库数据类型的设计主
１３１—３标准是在２０世纪８０年代随着ＰＬＣ
ＩＥＣ ６１
收稽日焉：２０１２－０８－０２ 作者简介：刘艳强（１９８０－），男，山西吕梁人，讲师，博士，研究方向为开放式控制系统的软硬件平台技术和用于数 字伺服传动技术的现场总线和实时工业以太网（ＥｔｈｅｒＣＡＴ）技术研究。 第３５卷第１期２０１３－０１（下） 【６３】
促进机械产品的全面创新和升级换代。由于各行
技术的迅速发展过程中，形成的工业控制领域编 程语言标准。标准规定了五种编程语言，并对其
数据类型、变量结构、语法规则、程序组织等做 出了统一规定。其通过将现代计算机领域先进的 编程技术，如结构化和模块化编程技术、面向对 象编程技术、可视化编程技术等，与可编程控制
万方数据
这六部分主要包括两方面的内容： 的定义和运动控制功能块接口的定义。
轴状态机
和远程的设备进行系统和变量的评估。
ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制功能块主要包括单轴、多
轴以及轴组功能块，这些功能块集可分为管理类 功能块集和运动控制类功能块集。管理类功能块
并不产生轴或轴组的运动控制信息，主要完成电 源的开，关使能、轴或轴组的状态参数读，写、运动 参数的读／写、错误信息的读取等功能。而运动控 制类功能块则主要完成与轴或轴组相关的运动控 制，如单轴的点位（ＰＴＰ）控制、轴组的轨迹插补
第３５卷第１期２０１３－０１（－Ｆ）
［６５１
电源开，关管理模块：主要完成物理轴的电源 开／关使能管理； 功能块参数配置和状态管理模块：主要完成 轴，轴组状态参数的读／写、运动参数的读／写以及倍 率控制等，对于轴组还完成轴组的创建、取消、
万方数据
变量的设置等，其执行流程图如图７所示。
篆鏖冷 懋 铲 Ｙ
功能块标识、输入变量、输出变量、输入，输出变
其采用基于Ｗｉｎｄｏｗｓ的控翩和自动化技术，通过多 ＰＬＣ系统、ＮＣ轴控制系统、编程环境和操作站， 可将任何兼容ＰＣ“改造”成为一台实时控制器， 可取代常规ＰＬＣ和ＮＣ／ＣＮＣ控制器以及操作设备。
ＴｗｉｎＣＡＴ ＰＬＣ
量以及内部运动控制算法。每定义一个功能块，
Ｄｏｉ：１ ０．３９６ｃｌ／Ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－０１ ３４．２０１ ６１１
３１—３；ＰＬＣｏｐｅｎ；运动控制
８
文献标识码：Ａ文章缩号；１ ００９—０１３４（２０１ ３）ｏｌ（下）一００６３—０５ ３．０１（下）．１
０引言
“数控一代机械产品”的发展规划，通过在 各行业中推广应用成熟的数字控制技术和装置来
程语言。ＴｗｉｎＣＡＴ
Ｓｃｏｐｅ
Ｖｉｅｗ贝１］是ＴｗｉｎＣＡＴ的附
己的控制需求选取相应的功能块，并设置相应的 输入／输出变量即可。
功能块对轴的作用机理如图４所示。轴数据变
加软件，是一种图形化输出分析工具，可对本地
１６４１
第３５卷第１期２０１３－０１（下）
万方数据
量Ａｘｉｓ，作为公共的数据电缆联系并贯穿于整个 控制方案的始终，各个功能块根据自身的控制功 能，完成对单轴数据结构体中控制信息和反馈信 息的处理，最后在ＴｗｉｎＣＡＴ的任务调度下，以及 经过必要的数据变换，完成对电机的控制。多轴 和轴组功能块的控制作用是在单轴功能块作用机 理的基础上实施的。
ＰＬＣ
３１—３工业控制编程语言标准和ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制规范，开发了完整的 ｏｐｅｎ运动控制库，并以此为基础研究没计了几种典型的数控机械，最后对ＰＬＣｏｐｅｎ，Ｌ亟动
６１ １
控制库和数控机械功能库进行了实验验证，从而实现了一套简单、高效、通用、灵活、完整的 数控机械运动控制解决方案。 关键词：数控一代；数控机械；ＩＥＣ
开始
图３运动控制功能块软件模型
图４运动控制功能块对轴的作用机理
本文ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制库开发，主要分为五大 模块，如图５所示：电源开／关管理模块、功能块
参数配置和状态管理模块、运动控制信息管理模 块、错误信息管理和复位模块以及运动控制执行
模块。图中的箭头指向表示了控制相关信息流的 流向，其中前四个模块ｌ主ＩＰＬＣｏｐｅｎ运动控制库中的 管理类功能块完成，而运动控制执行模块则由运 动控制类功能块完成。
置控制、连续控制、轴与轴之间的协同控制（电 子齿轮、电子凸轮等等）、运动的中止、停止以 及回零控制等，对于轴组主要完成轴组的快速定 位控制、直线插补控制、圆弧插补控制、运动的 中止、中断、继续、停止以及回零控制等。 管理类功能块的作用并不影响轴／轴组的工作 状态（除电源使能功能块和复位功能块外），只 完成功能块相关参数和状态的管理功能。其内部 主要完成功能块使能检测、相关参数的合法性检 测、自身的管理功能执行、Ｅｒｒｏｒ检测和处理、功 能块完成状态检测、输出变量的设置等，其执行 流程图如图６所示。
其实就定义了一个以该功能块标识为标示符的衍 生数据类型，用户可以由此定义一个或多个对 象，而输入，输出变量则由具体运动控翩功能块而 定，运动控制算法是功能块的功能核心，而这部 分对用户是隐蔽封装的，使用时用户只需根据自
Ｃｏｎｔｒｏｌ是ＴｗｉｎＣＡＴ的组态软
件，也是ＴｗｉｎＣＡＴ软件的核心，其为ＰＬＣ编程提 供了完整的开发环境，支持所有的ＩＥＣ ６１１３１—３编
器编程技术相结合，从而为可编程控制器工业控
业机械产品种类多样，受控设备更是多种多样，
因此探索研究一套方便、灵活、通用、高效的控 制系统解决方案，对于方便快速地实现机械产品 的数控化转型，具有计提供了新的方法。
１．２
ｌ一３编程语言标准通过将计算机技
ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制规范
外，为了方便后面数控机械功能库的开发，本文 还开发了符合ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制规范的自定义功能 块，如点动控制、虚拟主轴功能块等。
一Ｉ否
≤≥乒
关参数设置合≠
《矽
前轴触组状态合适！＞ ＼／
运动控制执行
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栩饕夺量初始批ｌ
—工■
＋
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控制功能完成ｆ
掬＝ ．， 糊『
图８ ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制库的开发 ２．４
基于ＰＬＣｏｐｅｎ的数控机械控制器研究与开发
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＮＣ ｍａｃｈｉｎｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ＰＬＣｏｐｅｎ
刘艳强，宋永立
ＬＩＵ Ｙａｎ—ｑｉａｎｇ，ＳＯＮＧ Ｙｏｎｇ．¨ （北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京１００１９１） 摘要： “数控一代”的发展规划将促进我国机械产品的全面创新和升级换代，因此探索研究一套方 便、灵活、通用、高效的控制系统解决方案，成为亟待解决的关键问题。文章以“数控一代” 为背景，结合ｌＥＯ
准化的运动控制解决方案接口，实现运动控制解 决方案的标准化。当前ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制规范包括 以下六部分： １）运动控制功能块。
统软件的开发提供了一种新的语言和编程方法。
而ＰＬＣｏｐｅｎ作为独立于生产商和产品的国际性协 会，其一项主要活动就是支持、宣传和推广ＩＥＣ ６１１３１—３国际标准，通过推广标准化的编程语言和
１．３
ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制库的实现
ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制功能块，是基于ＩＥＣ
６１ １３１
２．１运动控制功能块总体设计
—３的ＦＢＤ语言编程，采用“Ｌｏｏｋ
ａｎｄ
ＴｗｊｎＣＡＴ
ｆｅｅｌ”的设计
ＴｗｉｎＣＡＴ是由德国Ｂｅｃｋｈｏｆｆ公司开发的完全支
持ＩＥＣ ６１１３１—３标准的可编程控制系统开发平台。
理念定义的，其典型的软件模型如图３所示，包括
篓黧蓊糕降殛童多 —Ｔ一《鑫汾
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结束
ｉ区垂
厂—￥ 厂哞 卜翔◇
量值
－
功能 块参 数配
置和
运动控制执行模块
运动 控制 信息
管理
状态
管理
图６管理类功能块的内部控制流程
模块
模块 错误信息管理和复位模块
运动控制类功能块则完成与轴／轴组具体运动 控制相关的功能，各个功能块的动作时序需符合 轴／轴组状态图，且时刻影响轴／轴组状态的转换。
图５ ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制库的功能模块
功能块内部主要完成物理轴电源使能状态检测、功 能块使能状态检测、轴／轴组当前所处状态检测、 相关变量的初始化设置、ＥｒｒｏｒＳｔｏｐ检测和处理、 ＢｕｆｆｅｒＭｏｄｅ检测和处理、ＣｏｍｍａｎｄＡｂｏｒｔｅｄ检测和 处理、相关参数的合法性检测、功能块运动控制执 行、Ｅｒｒｏｒ检测和处理、功能块完成状态检测、输出
蔓堡 ——１—一
是 小生
ＴｗｉｎＣＡＴ平台下的功能块的组织结构和接口变量设 计以及Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋平台下的功能块控制算法实现， 这样导出的．１ｉｂ文件和．ｏｂｊ文件共同构成ＰＬＣｏｐｅｎ运
京；ｉｉｉ天习ｌ查：！堑竺堡Ｉ土、、２Ｅ掣：：！：≯
＼
黠触
动控制库。本文开发的ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制库包括单 轴、多轴以及轴组控制功能，共计５４个功能块，另
标准化的运动控制接口，实现了独立于硬件、高 效、灵活、可重用的运动控制解决方案，得到了 如Ｂｅｃｋｈｏｆｆ、Ｂ＆Ｒ、Ｏｍｒｏｎ等公司的大力推广。
２）扩展功能块。
３）用户指导。 ４）协同运动控制功能块。 ５）回零过程控制功能块。 ６）液压部分扩展功能块。
１数控机械控制器开发技术背景
１．１ ＩＥＣ
６１１３１－３编程语言标准
所引发的状态转换，而虚线箭头则表明了当相关 控制命令作用终止时或发生错误时所引发的状态
转换。任何时刻单轴或轴组总是处于图中所示的
库函数的开发实现，利用ＴｗｉｎＣＡＴ
验证。
Ｓｃｏｐｅ
Ｖｉｅｗ对
开发的ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制库和数控机械库进行实验 ２
某一状态，并且随着程序的执行，单轴或轴组的
状态随着不同运动控制功能块的作用以及控制情 况发生转换。
控制（ＣＰ）、回零控制等功能。 为了实现多个功能块之间，乃至轴与轴之间 的复合控制，并使控制方案按照一定的时序和逻 辑关系执行，ＰＬＣｏｐｅｎ针对单轴、多轴和轴组的
运动控制定义了两组状态图，如图１所示为单轴状 态图，图２所示为轴组状态图。单轴状态图共包括
图１单轴状态图
八种状态，轴组状态共包括六种状态，单轴／轴组 各个状态的含义、各状态下可作用的功能块以及 引发相应状态的功能块和条件，可参考文献【５】。 另外，单轴状态图和轴组状态之间具有一定的联
百磊网ｌ堡墨塑塑坐塑
型丙
２．２运动控制库数据类型设计
图７运动控制类功能块的内部控制流程
ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制库开发过程中的关键问题
１）为了实现各个运动控制功能块功能的独立
功能块的作用，就是对通过功能块的接口变 量进行初始化、加工，最后打包成一个数据结构 体。因此要完成功能块的设计开发，首先要进行
性，以及与轴相关控制信息的完整性和连续性，
系，轴组状态图处于整个控制方案的最顶层，而
图２轴组状态图
轴组中的各个单轴则根据单轴和轴组运动状态之
间的影响关系而处于相应的状态，具体可参考文 献【５】。图中的箭头表明了不同状态之间可能发生 的状态转换，其中实线箭头代表由相关控制命令
本文数控机械控制器的开发设计，是利用
ＴｗｉｎＣＡＴ进行ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制功能库的组织结 构设计和ＰＬＣ编程，利用Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋进行运动控制
要是对导出数据类型的设计。本文在对ＰＬＣｏｐｅｎ 运动控制库的开发过程中，主要涉及三类数据类 型：轴／轴组相关数据类型、运动控制相关数据类 型以及运动状态和运动参数相关数据类型。
使能、禁能、轴组配置信息的读取、运动变换模 型的设置等： 运动控制信息管理模块：主要完成轴／轴组运 动控制信息的读取； 错误信息管理和复位模块：主要完成轴／轴组 错误信息的读取和复位等； 运动控制执行模块：是整个运动控制库的控
制核心，对于单轴主要完成单轴的速度控制、位
输入黼出变量
输入变量１ 输入变量２ 输入变量３ 输入变量４ 输入变量ｎ 输Ａ／输出变量 输出变量１ 输出变量２ 输出变量３ 输出变量４ 输出变量ｎ
术领域的先进编程技术引入到可编程控制器，使 得工业控制程序的兼容性、互换性、开放性、可
重用性以及模块化程度显著提高，同时为控制系
ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制规范，是为了解决不同厂 商、不同企业、甚至同一个企业不同控制对象之 间控制系统和控制解决方案的不兼容问题，而由 ＰＬＣｏｐｅｎ的第二技术小组ＴＣ２发起的运动控制编程 标准化规范。其通过推行标准化的编程语言和标
对单轴参考数据类型ＡＸＩＳ—ＲＥＦ的设计。 ２）为了实现轴组功能块规定的多轴协同控制 以及物理单轴与概念轴组之间的联系，对轴组参
考数据类型ＡＸＥＳ—ＧＲＯＵＰ＿ＲＥＦ的设计。 ３）为了实现多个功能块，乃至轴与轴之间的
运动控制库数据类型的设计。ＩＥＣ ６１１３１－３标准规 定了３种数据类型：基本数据类型、类属数据类型 和导出数据类型。运动控制库数据类型的设计主
１３１—３标准是在２０世纪８０年代随着ＰＬＣ
ＩＥＣ ６１
收稽日焉：２０１２－０８－０２ 作者简介：刘艳强（１９８０－），男，山西吕梁人，讲师，博士，研究方向为开放式控制系统的软硬件平台技术和用于数 字伺服传动技术的现场总线和实时工业以太网（ＥｔｈｅｒＣＡＴ）技术研究。 第３５卷第１期２０１３－０１（下） 【６３】
促进机械产品的全面创新和升级换代。由于各行
技术的迅速发展过程中，形成的工业控制领域编 程语言标准。标准规定了五种编程语言，并对其
数据类型、变量结构、语法规则、程序组织等做 出了统一规定。其通过将现代计算机领域先进的 编程技术，如结构化和模块化编程技术、面向对 象编程技术、可视化编程技术等，与可编程控制
万方数据
这六部分主要包括两方面的内容： 的定义和运动控制功能块接口的定义。
轴状态机
和远程的设备进行系统和变量的评估。
ＰＬＣｏｐｅｎ运动控制功能块主要包括单轴、多
轴以及轴组功能块，这些功能块集可分为管理类 功能块集和运动控制类功能块集。管理类功能块
并不产生轴或轴组的运动控制信息，主要完成电 源的开，关使能、轴或轴组的状态参数读，写、运动 参数的读／写、错误信息的读取等功能。而运动控 制类功能块则主要完成与轴或轴组相关的运动控 制，如单轴的点位（ＰＴＰ）控制、轴组的轨迹插补
第３５卷第１期２０１３－０１（－Ｆ）
［６５１
电源开，关管理模块：主要完成物理轴的电源 开／关使能管理； 功能块参数配置和状态管理模块：主要完成 轴，轴组状态参数的读／写、运动参数的读／写以及倍 率控制等，对于轴组还完成轴组的创建、取消、
万方数据
变量的设置等，其执行流程图如图７所示。
篆鏖冷 懋 铲 Ｙ
功能块标识、输入变量、输出变量、输入，输出变
其采用基于Ｗｉｎｄｏｗｓ的控翩和自动化技术，通过多 ＰＬＣ系统、ＮＣ轴控制系统、编程环境和操作站， 可将任何兼容ＰＣ“改造”成为一台实时控制器， 可取代常规ＰＬＣ和ＮＣ／ＣＮＣ控制器以及操作设备。
ＴｗｉｎＣＡＴ ＰＬＣ
量以及内部运动控制算法。每定义一个功能块，