Tento článek porovnává řešení řídicího systému dvou průmyslových robotů, manipulátoru a mobilního robota a zavádí jejich vlastnosti.
Výše uvedená klasifikace je založena na objektu aplikace. Kromě toho jsou na trhu obecnější řadiče pohybu, tj. Ti, kteří ovládají nestandardní vybavení.
1 Řešení spodní úrovně regulátoru 1.1 Typ manipulátoru ovladač typu manipulátoru vyvinutý dříve a je relativně zralý. Podívejme se na existující řešení spodní úrovně kontrolního systému. 1.2 Typ mobilního robota ovladač mobilního robota patří do relativně nového směru. Průmyslové mobilní roboti jsou ve formě AGV, bezpilotních inženýrských strojů atd. Řešení kontrolního systému na spodní úrovni je následující:
1.3 Srovnání
Manipulátor má vysoké požadavky na přesnost a stabilitu pohybu, takže výpočtové množství je velké a cyklus je krátký, což je obecně o 1 až 2 řády vyšší než u mobilních robotů. Mobilní roboti obecně nemají vysoké požadavky na přesnost synchronizace a jejich konfigurace je relativně nízká.
Manipulátor obecně pracuje v pevné oblasti a jeho ovladač je obvykle umístěn do podvozku, takže úroveň ochrany není vysoká, obvykle IP20. Mobilní roboty musí být nepromokavé a odolné proti prachu, protože se potřebují často pohybovat, zejména venkovní inženýrské stroje, takže musí zvážit hydroizolaci a prachovou odolnost. Jejich úroveň ochrany je vyšší, obvykle IP67.
2 Úvod do CodeSys 2.1 Složení kódů
Zjistíte, že mnoho softwaru pro ovládání robotů je implementováno pomocí CodeSys, tak co je CodeSys?
CodeSys je placený software pro vývoj soft plc. Jednoduše řečeno, skládá se ze dvou částí: vývojového systému a systému runtime. Vývojový systém je softwarové rozhraní používané pro programování (stejně jako Visual Studio, Eclipse a další software, který lze také nazvat IDE). Navrhování, ladění a kompilace programů PLC jsou prováděny v IDE, což je část, se kterou se uživatelé často zabývají;
Po napsání programu PLC musí být přenesen do hardwarového zařízení pro provoz. Generovaný program PLC však v tuto chvíli nemůže spustit sám. Musí to fungovat v určitém softwarovém prostředí. Toto prostředí je systém runtime, který je pro uživatele neviditelný.
Umístění instalace obou se obvykle liší. IDE je obecně nainstalován na vývojovém počítači a systém runtime je umístěn na hardwarovém zařízení, které hraje řídicí roli. Oba jsou obecně spojeny síťovými kabely a program je stažen do běhu prostřednictvím síťového kabelu pro provoz.
Codesys není v Číně známý, ale má dlouhodobou pověst v Evropě, zejména v oblasti průmyslové kontroly. Mnoho robotických společností, které jsme zmínili výše, používá jeho produkty, jako jsou Keba, Beckhoff, Googol a téměř všichni výrobci řadičů mobilních robotů.
3S, společnost, která navrhla CodeSys, prodává pouze software, nikoli hardware. Hardwarový obvod musí být navržen uživatelem a 3s je zodpovědný za přenesení systému runtime do hardwaru zákazníka. Runtime System může běžet nahý na hardwaru, ale obvykle běží na operačním systému a konfigurace operačního systému je také úkolem zákazníka.
Pokud zákazník vyžaduje, lze IDE CodeSys přizpůsobit tak, aby změnil logo a vzhled zákazníka, proto zjistíte, že vývojové platformy různých výrobců vypadají jinak, ale styly jsou relativně podobné.
Uživatelé samozřejmě mohou také používat jiné IDE. Například, Beckhoff používá Visual Studio Microsoft, zatímco knihovna jádra a funkcí za kompilátorem stále používá řešení CodeSys.
Runtime CodeSys má silnou přizpůsobivost a podporuje většinu operačních systémů a hardwarových architektur.
2.2 Princip běhu CodeSys
Část IDE CodeSys je zdarma a můžete si ji stáhnout z oficiálních webových stránek, abyste ji zažili. Skutečným nábojem je systém runtime runtime.
Na začátku svého návrhu rozdělila CodeSys funkce do několika komponentních modulů, jako je zásobník protokolu sběrnice, vizuální rozhraní, kontrola pohybu, bezpečnostní ovládání atd. Uživatelé si mohou vybrat potřebné moduly pro vytvoření vlastního systému, jako jsou stavební bloky, a nakonec vytvořit přizpůsobenou regulační softwarovou platformu.
Někteří uživatelé, kteří jsou noví Soft PLC, se mohou s touto částí cítit neznámí, ale ve skutečnosti je tato metoda designu velmi běžná. Například nástrojová schránka v reálném čase (v reálném čase) MATLAB Simulink funguje tímto způsobem. Uživatelé navrhují programy ovládání přetažením a pádu v grafickém rozhraní Simulink a poté je stáhnou do skutečného hardwaru, které mají být spuštěny. O tom se o tom můžete dozvědět zde.
Existuje také takový způsob použití, jako je Beckhoff. Uživatelé programují v Twincat IDE a poté je stáhněte do řadiče Beckhoff. Ve skutečnosti je runtime předinstalován v ovladači. Siemens Step7 je také IDE a jeho PLC má také odpovídající runtime.
Program PLC napsaný uživatelem je jako aplikace v našem počítači. Běží na systému runtime a systém běhu běží na operačním systému.
Systém runtime je umístěn mezi aplikací a operačním systémem. Lze tedy nazvat middleware. V robotickém softwaru jsou ROS, Orocos (sada nástrojů v reálném čase) atd. Ve stejné pozici.
Ovládání robotů, stejně jako CNC Machine Machine, vyžaduje výkon v reálném čase, takže operační systém, který si vybereme, je nejlépe operačním systémem v reálném čase (RTOS). Bohužel operační systémy, které často používáme, nejsou v reálném čase, jako jsou Windows a Linux. Ale naštěstí je někdo upravil, tj. Přidané záplaty v reálném čase.
Mezi běžně používané operační systémy v reálném čase patří: VXWorks, QNX, Windows RTX, Xenomai, RT Linux, Linux RTAI, Wince, μC/OS, Sylixos atd. Vzhledem k tomu, že existuje mnoho uživatelů operačních systémů Windows a Linux, společnost CodeSys spustila reálný čas (RTE), aby ušetřil uživatele.
Pro více informací o běhu Codesys si můžete přečíst oficiální dokument [Chyba zpracování matematiky] [1] [2] [1] [2].
2.3 Nevýhody CodeSys
CodeSys přináší pohodlí vývoji našeho ovladače a ušetří nám potíže s zahájením od nuly. Existuje však také mnoho nevýhod při vývoji našich vlastních výrobků řadiče založené na komerčním softwaru, jako jsou CodeSys:
(1) Základní algoritmus není otevřený
Komponenty řízení pohybu a zásobníky protokolu sběrnice integrované CodeSys jsou zapouzdřeny. Uživatelé nemohou pochopit jejich interní detaily, ani je nemohou přizpůsobit a optimalizovat podle svých konkrétních potřeb. Mohou jim jen jednoduše říkat. Uživatelé se mohou spolehnout pouze na platformu CodeSys a je obtížné vytvořit svou vlastní základní technologii.
(2) Omezené funkce a obtížné rozšířit
Nové technologie zastoupené strojovou vizí, umělou inteligencí a autonomní řízení nyní postupují skoky a hranicemi, zatímco mnoho technologií v průmyslové kontrole je stále 20 let. Vezmeme -li navigační scénu v mobilním robotu jako příkladu, navigační metoda založená na vizi nebo laseru musí shromažďovat velké množství dat a zpracovat je, což zahrnuje mnoho výpočtů matice.
Nyní může PLC provádět pouze zpětné jednorozměrné digitální výpočty, což ztěžuje implementaci složitých algoritmů. Na rozdíl od stylu s otevřeným zdrojovým kódem je komunita průmyslové kontroly navzájem uzavřena. Nikdo není ochoten otevřít své vlastní funkční knihovny. Existuje jen velmi málo knihoven funkcí open source (OSCAT). Dokonce i nejzákladnější filtrační algoritmy a výpočty matice musí být napsány od nuly. Základní funkce poskytnuté mezinárodními standardy jsou navíc příliš omezené a nemohou se vůbec přizpůsobit novým scénářům. Naléhavě potřebují expanzi.
(3) Je obtížné aktualizovat
Vzhledem k úplnému spoléhání se na CodeSys je třeba přizpůsobit a transplantovat upgrade vlastního produktového hardwaru zákazníků, což má za následek zvýšené náklady.
3 řešení s otevřeným zdrojovým kódem
V současné době existují některá řešení systému řízení open source, jako jsou Beremiz, Orocos, OpenPLC, OpenRTM a ORCA.
Vývoj řadičů robotů je těžký úkol. Je třeba objasnit řadu požadavků na výkon, z nichž první je výkon v reálném čase.
Výkon v reálném čase je obecně nezbytný pro průmyslové roboty, ale ne nutně pro servisní nebo zábavní roboty. Pro obyčejné lidi je snadné zamyslet „výkon v reálném čase“ jako rychlé zpracování nebo rychlost odezvy, ale ve skutečnosti „výkon v reálném čase“ znamená „determinismus“ v čase. Například doba zpoždění odezvy nebo přepínání procesů v operačním systému v reálném čase (RTO) musí být v časovém rozmezí.
Operační systémy, které běžně používáme (Windows, Linux), nejsou operační systémy v reálném čase, protože jsou určeny pro propustnost a nemohou zaručit, že každá událost je zpracována v určitém rozsahu. Například rychlost přenosu standardního Ethernetu je mnohem rychlejší než rychlost průmyslového ethernetu v reálném čase, ale není to ani v reálném čase, protože také nemůže zaručit, že data jsou přenášena v daném čase.
Není obtížné porozumět v reálném čase, ale které úkoly robota musí běžet v reálném čase? Jak určit časový interval pro spuštění programu podle požadavků na výkon robota (1ms nebo 10mms)? Záleží v reálném čase na hardwaru nebo softwaru?
Jak vybrat konkrétní hardware a software založený na reálném čase (ARM nebo X 86, Linux RTAI nebo VXWorks)? O tomto aspektu na internetu chybí hloubková diskuse a hlavní výrobci robotů nezveřejní jejich testovací a experimentální výsledky. Zdá se, že tento aspekt se spoléhá hlavně na zkušenosti a pokus a omyl.
Zde mohu poskytnout pouze několik ukazatelů. V současné době je kontrolní cyklus průmyslových robotických ramen asi 1ms a kontrolní cyklus polohové smyčky vysoce výkonné servo pohonu může dosáhnout 125 [chyby zpracování matematiky] mu s μs. PLCopen definuje některé standardy pro řízení serva a pohybu, včetně programovacího jazyka, bloků základních funkcí pohybu, parametrů vstupních a výstupních rozhraní atd. [Chyba zpracování matematiky] ^{[3]}
[3] Konkrétní údaje o implementačním kódu jsou poskytovány různými výrobci.
