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产品架构
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产品架构

人通控制系统是基于CODESYS开发的,以工业PC为载体的工业自动化控制系统。在硬件上主要包括人通工业控制器、IO设备、驱动器、电机等,在软件上包括集成开发环境、运行平台、功能组件等,如下图1所示。通过这种软硬件的结合,它可将传统PLC、HMI、远程IO、安全PLC、现场总线技术EtherCAT、运动控制、机器人控制集成于一体。

一.该控制系统主要特点如下:

操作系统。动态支持多核及64位操作系统。如 Windows XP、Windows CE、Windows XP Embedded、Windows 7、Linux、VxWorks 、QNX 等操作系统。

实时配置环境。安装有实时核(Runtime),使得设备运行安全,高效。

软件平台。仅一个软件平台实现编辑程序和硬件配置,不再需要繁琐的软件安装配置。

编程语言。可使用IEC61131-3标准语言编程(LD,IL,ST,SFC,FBD,CFC),可自由选择,灵活性强。也可使用C语言进行开发,应用于系统中。

开放接口。控制器配有EtherCAT通讯接口,以太网接口,RS232/485接口,COM口,USB3.0接口等等,可用于扩展多种功能。

 

       二.人通控制系统的优势:

人通控制系统相比于传统PLC和传统的运动控制解决方案,人通控制器有着非常明显的优势。

人通控制系统不仅同时具备了传统PLC和运动控制卡的功能,还可以很方便地接入视觉系统及其它特殊传感器与控制模块。可以充分的利用工业PC的性能。

人通控制系统的设计理念是稳定,开放,硬件功能软件实现。稳定是控制系统的根本,人通控制系统经过了严格的测试,并在现场有着长久稳定的运行。开放可以让我们的客户开发出符合客户要求的产品。硬件功能软件实现可以有效的降低用户成本,节省安装空间,提高可维护性。

1. 与传统PLC相比

 

传统PLC

人通控制系统

程序容量

有限制

无限制

IO口

有限

几乎可以无限扩展

编程语言

单一或者非标准语言

符合IEC61131-3标准的5种语言

运动控制功能

没有或者有限(需再添加运动控制卡)

通过软件实现,无需增加硬件,添加、修改灵活

用户使用难度

只有懂PLC的人员才能使用

PLC编程人员和有程序基础的人员都很容易上手

2. 与运动控制卡相比

 

传统运动控制解决方案

人通控制系统

实时性

通过增加运动控制卡实现

使用世界领先的codesys实时运行系统,保证了实时性

可维护性

编程难度高,维护困难

丰富的组件,编程接口符合国际标准,容易维护

PLC功能

不具备,需另购PLC

只需扩展IO口即可。

3.  与国外控制系统相比

 

国外控制系统

人通控制系统

价格

非常贵

价格合理

售后服务

研发不在国内,服务不及时,针对性不强

国内研发,服务及时

稳定性

高,已在一流企业推广使用

功能

开放性

系统封闭,二次开发难

开放性高,适合二次开发



   三.人通控制系统架构

 

人通控制系统架构上可以分为三层,应用开发层,通信层和设备层。良好的架构使得用户将主要精力集中在业务的实现上(应用开发层),而无需过多的关注底层信息(通讯层和设备层),有效的提高了用户的开发效率。系统结构示意图如下图2所示。

1. 架构组成

应用开发层:集成开发环境,功能组件(可选)等。

通讯层:控制器中的网关服务器(在安装实时运行环境时自动安装,用户无需关心)。

设备层:控制器、控制器连接的设备、实时系统,应用程序。控制器与其他设备通过EtherCAT总线相连,连接非常简单。

2. 应用开发层

控制系统的集成开发环境具有完善的在线编程和离线编程功能、丰富的组件、可视化界面(可编程)等,同时供用户可选的各中功能组件(比如机器人控制组件)可使其功能更加完整和强大。

1.   IEC61131-3 编辑器

编程环境提供了所有 IEC61131-3 所以定义的五种编程语言:如结构化文本(ST)、顺序功能图(SFC)、功能块图(FBD)、梯形图(LD)和指令表,此外还支持连续功能图(CFC)的编程语言。

2.   编译器

负责将编程环境中的应用程序转换为机器代码并且优化可编程控制器的性能。当用户输入了错误的应用程序代码时,立刻会接收到编译器发出的语法错误警告及错误信息,让编程人员可以迅速做出相应纠正。

3.   硬件/现场总线配置器

该部分负责在软件中对ETHERCAT总线的相应参数进行设置。

4.   可视化界面编程

直接在编程环境中即可实现可视化编程(人机界面 HMI),系统已经集成了可视化编辑器。

5.   功能组件

a) 运动控制功能组件

运动控制功能已经集成在控制系统中,形成了人通特有的运动控制、机器人以及CNC软件包。基于 PLCopen 标准的工具包可以实现单轴、多轴运动;电子凸轮传动;电子齿轮传动;复杂多轴 CNC控制等。

b) 机器人功能组件

人通开发人员编写了3D Delta机械手的运行支持库,以及6轴机械手的运行支持库,以提供机器人的运动指令及动作、过程间的协调功能,也包含与视觉系统的联接,以及皮带跟踪等功能。针对机械手的典型应用,提供了机器人的典型应用示范程序,如3D Delta机械手的抓取、同步跟踪,六轴机械手的搬运/抓取/码垛等功能,机械手用户只需要在示范程序的基础上进行简单的修改就可以完成机器人的应用程序编程。

同时人通也提供良好的人机界面交互:提供注塑机的专用界面,用户可以利用人通的控制系统硬件,配合专用软件,可以快速搭建功能全面的先进注塑机控制系统,后期将以同样的方式提供焊接机械手的控制系统。当用户需要相应的应用时,只需要对典型应用程序进行简单的设置或修改,就可以快速设计出相应功能的应用系统控制系统。另外,人通技术团队也提供特殊用途的定制化支持。

3. 通信层

应用开发层和设备层之间的通讯是由控制系统中的网关服务器来实现的,控制系统网关服务器中安装了 OPC服务器。用户无须关注这一层的细节问题。

1.   控制系统网关服务器

作用在应用开发层和硬件设备层之间,可以使用 TCP/IP 协议或通过EtherCAT总线实现远程访问,是控制系统开发工具包不可分割的一部分。

2.   OPC 服务器

对基于 CoDeSys 进行编程的控制器,无需考虑所使用的硬件 CPU,已经集成并实现了 OPC V2.0 规范的多客户端功能,且能同时访问多个控制器。

4. 设备层。

使用基于 IEC 61131-3 标准的编辑开发工具对人通控制器操作前,该控制器必须要是拥有人通授权的并且在设备中预先安装人通控制系统的实时核(RunTime)。用户在正确连接了设备以后也无须关注这一层的细节问题。

1、 实时核(Runtime)。

PLC 是一种实时计算机控制系统,软 PLC 也不例外。其中的执行程序部分对实时性有着很高的要求。如果不能在系统要求的时间内完成 PLC 程序的执行,会影响数据的采集和输出,无法完成控制任务。另外,作为工业控制系统,PLC 系统必须对工业现场的突发情况作出及时有效的响应,否则可能危机人身和设备安全。PLC 工作过程中,需要对各个元件的实时状态进行监控,所以 PLC系统需要运行在实时平台上。

人通控制系统的实时核可以运行在各种主流 CPU 上(如 ARM、X86、PowerPC、TriCore 、DSP等),并支持 Windows XP、Windows CE、Windows XP Embedded、Windows 7、Linux、VxWorks 、QNX 等操作系统中。目前主要应用于X86平台上。

人通控制系统的实时核实现了Windows实时扩展技术,它对 Windows 的内核进行了恰当的实时性改造,使其保证具有微妙级抖动量的确定性,且不需增加其他硬件。最终实现“硬实时”的功能。通过实时核进行任务的管理和调度,降低了实时控制系统的设计和难度,提高了实时性和可维护性,当使用装有实时核的人通控制器,其内部结构如下图3所示:

2、  控制器及与之相连的设备。

3、  IEC 61131-3 应用程序。用户在开发层写完的程序通过以太网口下载至人通控制器中,最终该应用程序中的文件已经被转为二进制存放在控制器的固态硬盘中,根据用户设定的执行方式循环执行对应程序。

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