基于Codesys軟件的高空作業(yè)車控制系統(tǒng)的模塊化設(shè)計

摘 要：高空作業(yè)車控制系統(tǒng)的模塊化設(shè)計是機(jī)器人模塊化的具體實例。功能模塊圖程序設(shè)計語言（FBD）是Codesys軟件的模塊化編程語言。這一語言完全符合高空作業(yè)車控制系統(tǒng)的模塊化設(shè)計思想。本文通過實例簡要介紹了基于Codesys軟件的高空作業(yè)車控制系統(tǒng)的模塊化編程實現(xiàn)過程。

關(guān)鍵詞：高空作業(yè)車 機(jī)器人 控制系統(tǒng) 模塊化 功能塊

中圖分類號：G71 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（b）-0021-01

1 模塊化的思想及技術(shù)

模塊化是一種思想方法，它廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子和計算機(jī)等行業(yè)。目前對模塊化還沒有一個統(tǒng)一的定義，一般可以理解為：統(tǒng)籌考慮產(chǎn)品系統(tǒng)，把其中含有相同或相似的功能單元分離出來，用標(biāo)準(zhǔn)化原理進(jìn)行統(tǒng)一、歸并、簡化，以通用單元的形式獨立存在，這就是模塊；然后用不同的模塊組合成新產(chǎn)品，這就是模塊化。模塊化技術(shù)主要包含兩個方面的內(nèi)容，一是模塊的合理分解；二是模塊的有效組合。

對于模塊化機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計而言，同樣包含模塊劃分和模塊組合兩方面的內(nèi)容，模塊劃分即是以現(xiàn)有機(jī)器人系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)分析為基礎(chǔ)，劃分出功能相似的單元結(jié)構(gòu)，并規(guī)范化其結(jié)構(gòu)形式和接口方式，形成標(biāo)準(zhǔn)化的模塊單元；模塊組合則是以標(biāo)準(zhǔn)化功能模塊為基礎(chǔ)，按照具體要求對模塊進(jìn)行選擇和組合，并加以必要的修正，形成特定的機(jī)器人系統(tǒng)。因此，模塊劃分是模塊化機(jī)器人設(shè)計的基礎(chǔ)，必須根據(jù)各單元的具體功能劃分出合理的功能模塊，才能進(jìn)行高效的模塊化機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計。

2 高空作業(yè)車控制系統(tǒng)的模塊化

高空作業(yè)車是用來運送工作人員和工作裝備到指定高度進(jìn)行作業(yè)的特種車輛，是將高空作業(yè)裝置安裝在汽車底盤上組成的。高空作業(yè)車一般設(shè)有變幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、平衡機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)，這些工作機(jī)構(gòu)是為實現(xiàn)高空作業(yè)車不同的運動要求而設(shè)置的。而高空作業(yè)車控制系統(tǒng)則是用來解決各機(jī)構(gòu)怎樣運動的問題。

由于高空作業(yè)車控制系統(tǒng)必須以高空作業(yè)車機(jī)構(gòu)為依托，其各機(jī)構(gòu)單元中所含的控制器模塊應(yīng)具有相對的獨立性，能實現(xiàn)機(jī)構(gòu)模塊所設(shè)定的控制功能，因此在每個機(jī)構(gòu)模塊中都應(yīng)該有一個具有一定控制能力的控制器，這樣，以高空作業(yè)車機(jī)構(gòu)的模塊化劃分為依據(jù)，高空作業(yè)車控制系統(tǒng)就被順理成章地劃分成了實現(xiàn)不同功能的大模塊，即控制子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)包括：支腿控制、轉(zhuǎn)臺控制、臂架控制、工作斗控制等。而在每個控制子系統(tǒng)功能模塊內(nèi)部，又可以根據(jù)各單元的功能情況進(jìn)一步劃分為多個功能子模塊。高空作業(yè)車控制系統(tǒng)包含的子模塊主要有：支腿燈控、支腿自動調(diào)平、上下車互鎖、轉(zhuǎn)臺控制、臂架自動展開收回、工作斗自動調(diào)平稱重、幅度限制、傳感器子模塊等。這些子模塊通過CAN總線進(jìn)行信息交互，實現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能。

3 Codesys軟件簡介

本文提到的Codesys軟件是一種功能強(qiáng)大的PLC軟件編程工具，該軟件包括有IL、ST、FBD、LD、SFC等PLC編程語言，用戶可在同一項目中根據(jù)需要選擇不同的語言編寫子程序、功能模塊等。其中，功能模塊圖程序設(shè)計語言（FBD）是一種模塊化編程語言。其方法是根據(jù)控制要求把PLC編程需要完成的控制任務(wù)劃分為幾個較小功能塊，然后對每個功能塊分別進(jìn)行編程。這完全符合高空作業(yè)車控制系統(tǒng)的模塊化思想。因此，我們可以采用FBD語言編寫功能塊來實現(xiàn)高空作業(yè)車的控制系統(tǒng)模塊化設(shè)計。

4 采用Codesys軟件對高空作業(yè)車控制系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計的實例

功能塊的開發(fā)是高空作業(yè)車控制系統(tǒng)模塊化設(shè)計的重要基礎(chǔ)。下面我們通過高空作業(yè)車工作斗稱重調(diào)平控制功能塊的開發(fā)實例簡要介紹一下基于Codesys軟件的高空作業(yè)車控制系統(tǒng)的功能塊編程實現(xiàn)過程。

工作斗稱重調(diào)平控制集成了平臺自動調(diào)平與稱重功能于一體。自動調(diào)平系統(tǒng)自動檢測工作平臺偏離水平面的角度驅(qū)動開關(guān)電磁閥或輸出PWM信號驅(qū)動比例閥在相應(yīng)的方向動作，調(diào)整平臺水平，保持工作平臺始終處于水平狀態(tài)。對于稱重功能來說，當(dāng)平臺載重超過總載重量的90%時，則產(chǎn)生超載報警信號，當(dāng)平臺載重達(dá)到總載重量的100%時限制所有動作。

圖1是工作斗稱重調(diào)平控制功能塊的輸入輸出形式，該功能塊可以完成工作斗平臺的稱重與調(diào)平控制功能。

功能塊左邊為雙通道稱重、角度傳感器的信號輸入，右邊的輸出為平臺的傾角以及載重量。當(dāng)平臺載重量超過總載重量的90%時，則產(chǎn)生超載報警信號。

5 結(jié)語

功能模塊圖程序設(shè)計語言（FBD）是Codesys軟件的模塊化編程語言。其方法是根據(jù)控制要求把PLC編程需要完成的控制任務(wù)劃分為幾個較小功能塊，然后對每個功能塊分別進(jìn)行編程。這完全符合高空作業(yè)車控制系統(tǒng)的模塊化思想。因此，我們可以采用FBD語言編寫功能塊來實現(xiàn)高空作業(yè)車的控制系統(tǒng)模塊化設(shè)計。本文通過實例介紹了基于Codesys軟件的高空作業(yè)車控制系統(tǒng)的模塊化編程實現(xiàn)。模塊化編程方法使我們進(jìn)行現(xiàn)場在線調(diào)試時，通過對每個模塊的監(jiān)視，可以及時發(fā)現(xiàn)存在的問題，能夠方便地進(jìn)行修改，大大縮短投運的時間。當(dāng)控制要求增加時，在程序中加入新增模塊即可，這有利于整個控制系統(tǒng)的調(diào)試和開發(fā)。所以高空作業(yè)車控制系統(tǒng)的模塊化編程設(shè)計具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實意義。

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