AUTOMATIZÁLÁS
45
VisualMotion, egy komplett, számítógépes mozgásvezérlõ rendszer DR. BAUSZ IMRE okl. villamosmérnök, MTA-SZTAKI 1. Bevezetés
2. A VisualMotion rendszer áttekintése
Napjainkat sokszor az információs társadalom korszakaként emlitik és természetessé vált, hogy számítógéppel mindent meg lehet oldani. Egy adott területen azonban a megoldás részletei (a “hogyan”) a lehetséges változatok miatt még szakemberek elõtt sem nyilvánvalóak. A BOSCH - REXROTH csoporthoz tartozó, a mozgásvezérlõk területén vezetõ INDRAMAT cég különbözõ mozgásvezérlési feladatokra két komplett, jól átgondolt számítógépes mozgásvezérlõ rendszert fejlesztett ki:
A VisualMotion megnevezés tágabb értelemben nem csak a mozgásvezérlõ programok létrehozására alkalmas Windows alapú szoftvert takarja, hanem az összes komponenst, amelyek a mozgásvezérlõ létrehozásához szükségesek. E komponensek közé tartozik a számítógépbe építendõ CLC-kártyától kezdve a kommunikációtmegvalósító részeken át az összes külsõ komponens is. A VisualMotion rendszerrel létrehozható alkalmazott mozgásvezérlõ a saját operációs rendszerrel rendelkezõ CLC vezérlõ kártyából, a VisualMotion Toolkit programból, DDE Server-bõl (Windows-os alkalmazások közötti kommunikációs protokoll), fíberoptikus gyûrûn SERCOS protokoll szerint kommunikáló digitális villamos hajtásokból épül fel.
– az MTC200-ast és – a VisualMotion-t, amelyekhez a szoftverektõl a motorokig minden rendelkezésre áll. A két rendszerben közös, hogy a számítógépbe épített kártya SERCOS (SErial Realtime COmmunications System) kommunikációs fíber optikus gyûrûn keresztül csatlakozik az intelligens digitális hajtásvezérlõkhöz. A két rendszer különbözõsége alkalmazás-orientáltságukban rejlik. Az MTC200 rendszerben a számítógépbe építendõ modul CNC-kártya, amelynek firmvere lényegében G-kódban irt programok interpretere. A PC-n futó GUI (Graphical User Interface) szoftver a rendszer kiépítettségét megadó paraméterezés után nem csak G-kódú programok fejlesztõ környezete, de kezelõ felület is. Az MTC200 rendszerrel épített számítógépes mozgásvezérlõk egyidejûleg több szerszámgépet (teljes gyártó sort) képesek vezérelni. A rendszerben maximálisan 32 intelligens digitális hajtás vezérlõ (és ugyan ennyi villamos motor) lehet. A VisualMotion rendszerben a számítógépbe CLC-kártya építendõ, amelynek GPS firmvere (a kártya operációs rendszere) “CLC-nyelv”-en megirt, s lefordított (compiler-elt) mozgás vezérlõ programok végrehajtására képes. A kialakítandó mozgásvezérlõ konfigurációját tekintve mindkét rendszer rendkívül flexibilis. Velük nem csak új gépkonstrukció számára építhetõ gyorsan számítógépes mozgásvezérlõ, de segítségükkel korábbi berendezések is a legkorszerûbb szintre emelhetõk. A rendszerek innovatív alkalmazásával minõségileg versenyképes termékeket elõállító termelõegységek hozhatók létre. A két rendszer közül jelen tanulmányban a VisualMotion rendszer esetén a “hogyan”-t szeretnénk megvilágítani. A leírásban a hangsúly a számítógéppel kapcsolatos részeken van. A részletek a számítógépek belsejét kevésbé ismerõk számára riasztónak tûnhetnek, az elkészült mozgásvezérlõ kezelése azonban felhasználóbarát. A VisualMotion minden komponensérõl részletes információt az INDRAMAT GmbH által kiadott dokumentációkban találhatunk (ld. irodalom). A PC-n Windows alatt futó VisualMotion Toolkit (VMT) szoftver mindazon szolgáltatásokat nyújtja, amelyek a teljes mozgásvezérlõ rendszer létrehozásához szükségesek. VisualMotion-nal megmunkáló- és feldolgozó gépek, automaták, robotok és még sok más, hajtást igénylõ berendezés számára építhetõ számítógépes mozgásvezérlõ. Egy CLC-kártya maximálisan 40 intelligens digitális hajtásvezérlõt (és ugyanannyi villamos motort) képes vezérelni. 2003 t 96. évfolyam 2. szám
1. ábra
Az 1. ábra VisualMotion rendszerrel felépített mozgásvezérlõt szemléltet. A rendszerhez opcionálisan kézi vezérlõ is csatlakoztatható. 3. A mozgásvezérlõ rendszer hardver komponensei és kommunikációjuk
A CLC-kártyával épített mozgásvezérlõ hardver szempontból két, helyileg is elkülönülõ részét: a számítógépes vezérlõt és a digitális hajtásokkal felszerelt vezérlendõ objektumot fíberoptikus kommunikációs gyûrû kapcsolja egybe. A mozgásvezérlõ számítógépes része hardver szempontból teljesen független a vezérlendõ objektumtól, hajtásvezérlõ részét viszont teljes mértékben a vezérlendõ objektum határozza meg. A hajtásvezérlõ rész megtervezése (a komponensek teljesítményigénytõl, nyomatéktól, sebességtõl, pontosságigénytõl stb. függõ kiválasztása, összeállí-
46
AUTOMATIZÁLÁS
tási tervek elkészítése) alkalmazásonként egyedi és munkaigényes. 3.1 A CLC vezérlõ kártya
A CLC-kártya a VisualMotion-nal épített mozgásvezérlõ lelke, négy kiviteli változata közül kettõ IBM kompatíbilis számítógépekbe (CLC-P01, CLC-P02), egy VME-buszos architektúrájú gépbe (CLC-V) és egy közvetlenül DDS típusú Indramat intelligens hajtásvezérlõbe (CLC-D) építhetõ. A 2. ábrán CLC-P01.1 kivitelû kártya képe látható.
2. ábra
A kiviteli változat azonban nem érinti a mûködési elvet, a továbbiakban IBM PC-s környezetet tételezünk fel, s erre utal az 1. ábra is. A VisualMotion rendszer felépítését, mûködését könnyebb megérteni, ha a CLC-kártyára úgy tekintünk, mint egy saját operációs rendszerrel rendelkezõ önálló célszámítógépre, amelyet egyszerûbb mûködtetni, ha van mellette egy kisegítõ hagyományos számítógép. Ezen a gépen Windows alatt fut a VisualMotion Toolkit szoftver, amely a CLC-s mozgásvezérlõ fejlesztõi környezete. A CLC-célszámítógép processzora a Motorola MC68000-as processzor családhoz tartozik, rezidens operációs rendszere cserélhetõ memóriában van. RAM memóriája saját teleppel védett, egy része duál-portos, amelyhez a PC is hozzáfér. Az ISA buszos CLC-P01 kivitelû kártya a PC alaplapjába dugható, ezen keresztül biztosított tápfeszültség ellátása és a duál- portos RAM területéhez való hozzáférés. A RAM területen van a kártya irányításában fontos szerepet játszó regiszter tömb és egy kommunikációs puffer terület. A CLC-kártya “szerver - kliens” elven kommunikál a VisualMotion Toolkit-tal, vagy más külsõ vezérlõvel. A kapcsolatban a CLC-kártya a szerver, kliensei a VisualMotion Toolkit vagy más vezérlõ. A CLC-kártyának az ISA buszon kívül további ki- és bemenetei, illetve csatlakoztatási lehetõségei vannak. Két soros portja (RS-232,422,485) közül az egyikhez opcionálisan PC, a másikhoz BTC06 típusú kézi vezérlõ csatlakoztatható. SERCOS kommunikációs fíberoptikus ki- és bemeneti csatlakozója közé fíberoptikus gyûrûre kell felfûzni a VisualMotion rendszer intelligens digitális hajtásvezérlõinek SERCOS-os slave moduljait. A CLC-kártya SERCOS master szerepet is betölt. Amíg a hagyományos számítógép “számításának eredményét” a képernyõre, a CLC-célszámítógép a “számítási eredményt” a SERCOS gyûrûre küldi. A CLC azonban nem csak küld információt a gyûrûre, de kap is onnan. Minden egyes átviteli ciklus alatt a CLC-kártya és a hajtásvezérlõk információt cserélnek. A ha -
gyományos PC-nek egy “vezérlõ bemenete” van: a billentyûzete. A CLC-nek három bemenete van: a duál-portos RAM területe, és a két soros portja. A billentyûzet és a PC között egyirányú a kommunikáció, a CLC-kártya bemenetein kétirányú. A CLC három bemenete közül mindig csak egyet lehet aktívvá konfigurálni. A bemenetek “megfejelt” DDE (Dinamic Data Exchange) protokoll szerint kommunikálnak. Duál-portos RAM területéhez a WisualMotion Toolkit fér hozzá. A soros portok közül az elsõ idegen számítógépen futó WisualMotion Toolkit protokolljára, a második BTC06 távvezérlõ protokolljára válaszol. A PC bekapcsolásakor “normál számítógép” indulás zajlik: minden részegysége tápfeszültséget kap, kezdõdik a ROMBIOS program végrehajtása, a kijelölt drájvrõl az operációs rendszer (pl. Windows’98) töltõdik a PC RAM-jába, a rendszer “feláll”. A képernyõn látható, hogy parancsot vár, vagy elindítja a kijelölt programot (pl. VisualMotion Toolkit). Hasonló a CLC-célszámítógép viselkedése is. Mivel a CLC kártya a PC részegysége is, tápfeszültséget kap, indul operációs rendszere (a rezidens GPS firmver). Alaphelyzetben aktuális bemenetérõl (pl. VisualMotion Toolkit) várja, hogy a regiszter tömb megfelelõ bitjeit beállítsák, amelyek meghatározzák további mûködését (ld. késõbb 4.3). A kártya SERCOS kimenetén megkísérli a 0. kommunikációs fázisból a feljutást a normál kommunikációs fázisba (4. fázis). Ahhoz, hogy ez megtörténhessen, a mozgásvezérlõ konfigurációjának megfelelõ, lefordított (compilerelt) mozgásvezérlõ programot a PC-bõl a VisualMotion szoftver segítségével át kell küldeni a CLC-be és a megfelelõ vezérlõ regiszter bit értékek beállításával el kell érni, hogy a GPS futtassa azt. 3.2 Intelligens digitális hajtások
A VisualMotionnal épített számítógépes mozgásvezérlõkhöz csak olyan hajtások alkalmazhatók, amelyek bemenete SERCOS interfész. Az Indramat által gyártott ilyen digitális hajtások hajtásvezérlõkbõl, s a hozzájuk tartozó motorokból állnak. A hajtásvezérlõket közös hajtás tápegységrõl látják el villamos energiával. A kiválasztott egységeknek egymással kompatibiliseknek kell lenniük. A VisualMotion rendszerben a hajtásvezérlõk közül a DIAX03, DIAX04 és az ECODRIVE hajtás-család tagjai használhatók. Ezek helyi intelligenciája képes értelmezni a CLC mozgásvezérlõ kártya által SERCOS protokollal átvitt funkciókat. A DIAX03 hajtás család a 3 - 224 kW, a DIAX04 2,5 - 35 kW telje-
3. ábra
2003 t 96. évfolyam 2. szám
AUTOMATIZÁLÁS
47
4. ábra
sítménytartományt fogja át. A 3. ábra a DIAX04 hajtásvezérlõ családot, a 4. ábra a hozzájuk választható motor típusok sematikus képét A vezérlendõ objektum tengelyeinek meghajtására alkalmas kivitelû és teljesítményû motorokat az Indramat motorsorozataiból lehet választani. A motorsorozatokban találhatók különbözõ pontosságú helyzetérzékelõvel felszereltek (pl. a legnagyobb pozíció-felbontóképességûek az MHD sorozatba tartozó motorok: 4 194 304 jel/fordulat a tengelyen). A kiválasztott motornak illeszkednie kell az intelligens digitális hajtásvezérlõhöz. DIAX03 hajtásvezérlõhöz MDD, MKD, 2AD, 1MB, MBW, LAR és LAF sorozat motorjai közül, míg DIAX04-hez MKE, MHD, MKD, 2AD, 1MB, MBW, LAR és LAF sorozat motorjai közül lehet választani. Közös hajtás tápegységet a DIAX04 hajtásvezérlõkhöz a HVE és HVR típusú tápegységsorozatból, a DIAX03 hajtásvezérlõkhöz a TVM, TVD, TVR, KDV, és KDR tápegységsorozatból lehet választani. Az ECODRIVE hajtásvezérlõ-család tagjai saját belsõ tápegységgel rendelkeznek, nincs szükségük külsõ tápegységre. A digitális hajtásvezérlõk, a tápegység és a motorok biztonságos mûködése érdekében villamos összekötéseiket a dokumentációkban leírtak szerint kell megvalósítani. Ahhoz, hogy a CLC-kártyás mozgásvezérlõvel történõ együttmûködésük problémamentes legyen, a szabványos SERCOS paraméterek mellett a gyártóspecifikusakat is azonosan kell értelmezniük. 3.3 SERCOS kommunikáció
A CLC-vezérlõt – mint már említettük – az Indramat hajtásokkal fíberoptikus SERCOS interfész kapcsolja össze. A SERCOS interfész nemzetközileg elfogadott valósidejû, nagysebességû digitális kommunikációs szabvány, amely a vezérlõkártya és a hajtások között csupán egy egyszerû daisy-chain típusú fíberoptikus kábelösszekötést kíván. A válaszidõt a szinkron adatátviteli protokoll garantálja. A SERCOS lehetõséget teremt az összes készülék folytonos figyelésére, hiba diagnosztizálásra, a szabványosított zárt szabályozási köri funkciók definiálására. A SERCOS gyûrûben NRZ (No Return to Zero) kódolású szinkron módú adatátvitel zajlik. A SERCOS interfészen zajló kommunikációt az 5. ábra vázolja. A gyûrûben a CLC a SERCOS “master”, az intelligens digitális hajtások interfészei “slave”-ek. A kommunikáció részvevõi “adatcsomagokat” küldenek egymásnak. Minden csomagnak van kezdõ és lezáró azonosítója, címzése, valós és nem valós idejû része, vezérlõ és státusz szava, ellenõrzõ száma (checksum). A cikluskezdeteket a master által küldött szinkronizáló csomag (MST - Master Sincron Telegram) azonosítja. A master a hajtások számára közös csomagban (MDT - Master Data Telegram) 2003 t 96. évfolyam 2. szám
5. ábra
küldi üzeneteit. A slavek (hajtások) a bemenetükön megjelenõ információt kimenetükön továbbadják, a master számára szolgáló üzeneteiket csomagok formájában (ADT1, ADT2, ... - Amplifier Data Telegram) a számukra biztosított “idõ-résbe” fûzik, az MDT csomagból a számukra érkezett üzeneteket kiolvassák. Egy SERCOS ciklus ideje (Tcycl) a 4. kommunikációs fázisban fix (ms nagyságrendû), nagysága a kommunikációban résztvevõ hajtásvezérlõk számától és az üzenetcsomagok hosszától függ. A kommunikációban részt vevõ minden eszköznek a csomagokon belül két adatrésze (csatornája) van: egy a teljes üzenetet tartalmazó valósidejû és egy több ciklus alatt átvitt nem valósidejû. A kommunikáció a bekapcsolás pillanatától “fázisállapot”-okon (0.-tól a 4.-ig) keresztül épül ki. A kiépülés alatt a master ellenõrzi a gyûrû záródását, a hajtások címeit, kiküldi kommunikációs paramétereiket. Az 5. ábra a gyûrû két szelvényében a 4. fázis ciklusát szemlélteti. A SERCOS törvényszerûségeit adatbázisszerûen, paraméterek formájában nemzetközi szabvány (IEC1491. ill. IEC61491) rögzíti. Egy paramétert azonosító száma (IDN), megnevezése, attribútuma, lehetséges legkisebb és legnagyobb értéke, valamint értéke (adat) jellemez. 4. A VisualMotion rendszer szoftverei
A VisualMotion rendszer fejlesztõ és tesztelõ környezete a PC-n Windows alatt futó VisualMotion Toolkit (VMT). A kifejlesztett programokat a CLC operációs rendszere (GPS firmver) futtatja. A CLC-kártya által SERCOS protokoll-szerint a hajtásvezérlõkhöz küldött információt az intelligens digitális hajtásvezérlõk szoftverei értékelik, s annak megfelelõen mûködtetik a motorokat. Amíg a VisualMotion rendszer mindkét szoftvere – a VMT és a GPS – a rendszerrel épített mozgásvezérlõk számára megalkotott “CLC-nyelv” koncepcióján alapul, a hajtásvezérlõk szoftverével való kapcsolatukat a SERCOS szabvány biztosítja. A CLC-nyelvû programozás a taszk, szubrutin, esemény, sorrendi végrehajtó (sequencer), táblák fogalmakra épül: – A taszk önálló, legfelsõ szintû programfeladat, amelybõl egy mozgásvezérlõ program négyet, hierarchikus sorrendben (A, B, C és D) tartalmazhat. Minden definiálást (táblák memóriaigénye, változók, tengelyek stb.) a taszkban kell elvégezni. A taszkok egymástól függetlenek. A mozgásvezérlõ program
48
AUTOMATIZÁLÁS
6. ábra
végrehajtásakor a CLC operációs rendszere egymás után minden taszkból hierarchikus sorrendjüknek megfelelõen ciklikusan egy-egy utasítást hajt végre. – A szubrutin taszkból hívható olyan részfeladat, amely lehetõséget teremt programvariációkra. – Az esemény privilegizált szubrutin. Programból közvetlenül nem hívható, végrehajtása idõ- vagy távolságalapú feltétel bekövetkezéséhez, illetve külsõ interrupthoz kapcsolható. – A sorrendi végrehajtó lehetõséget ad a taszk szubrutinjainak listán rögzített sorrendben történõ végrehajtására. A szubrutinok sorrendjének megváltoztatása nem igényli a program újrafordítását. – A táblák adatbázisszerûen tartalmazzák a program végrehajtáshoz szükséges adatokat. A mozgásvezérlõ programban az adatokra pont-, illetve esemény-tábla indexekkel lehet hivatkozni. Ez a megoldás teszi lehetõvé, hogy a program végrehajtáshoz szükséges adatokat az utasításkódoktól elkülönítve tárolják. Az abszolút és relatív ponttábla elemei a pont indexén kívül: x-, y-, z-koordináta, átvezetõ sugár, sebesség, gyorsulás, lassulás, lökés, négy esemény azonosító, elfordulás, tekeredés, csavarodás, tengely maszk. Az eseménytábla elemei az esemény indexén kívül: status, tipus, referencia-irány, argumens, az esemény szubrutin neve, üzenet. A mozgásvezérlõbe beprogramozott útvonalak egyenes szakaszokból és körívekbõl állanak. A szakaszokat és köríveket az abszolút és relatív ponttábla pontjai tûzik ki. A CLC-nyelvben a táblatételek, tétel-elemek jelölése rögzitett (pl. ABS[01], REL[3].x, EVT[3]). A programban csak integer és lebegõ pontos változók szerepelhetnek. Számukra 4 bájt biztosított, tárolásuk tömbökben történik. A programban hivatkozni rájuk típusukat megadó karakterrel (I, F) és indexükkel lehet, a változó globális voltát a “G” prefix jelöli (pl. I[12], F[6], GI[01], GF[3]). 4.1 VisualMotion Toolkit (VMT)
A VisualMotion Toolkittel a fejlesztõ a CLC kártyával létrehozott mozgásvezérlõt a vezérlendõ objektumnak megfelelõen konfigurálhatja, paraméterezheti, fejleszthet számára mozgásvezérlõ programot (taszkok), lefordítathatja (compile), a gépi kódú alakot letöltheti a CLC memóriájába, s ott elindíthatja. A VisualMotion Toolkit felülete hasonló az ikonos programozást lehetõvé tevõ fejlesztõ szoftverek környezetéhez (6. ábra). A File, Edit, View, Setup, Tools, Data, Status, Options fõmenüpontokhoz tartozó menürendszer belépési pontjait az 1A és 1B táblázat tartalmazza. A mozgásvezérlõ program fejlesztõje egy taszk ikonos fejlesztését a “File/New” úton kezdheti el. A VMT teljes ikonkészlete
1A. táblázat A File almenüi: New Open Save Save as Save, compile, download Compile Display code Program Management Archive Transfer Cams Transfer Events Transfer I/O Mapper Transfer Parameters Transfer Points Transfer Variables Transfer Zones Print Az Edit almenüi: Clear Current Task Find, Find Next Add Subroutine Add Event Function Labels User Labels Register Labels Bit Labels Import User Label File Export User Label File A View almenüi: Task Subroutines Event Functions Zoom Out A Setup almenüi: Card Selection Configuration Drives Drives Help Directories Coordinated Motion I/O Setup Overview Pendant Security CLC Serial Ports VME Configure
négy alcsoportra (paletta) van tagolva, a szükséges paletta az “Options/Icon Palette” útvonalon választható ki. A 7. ábra a koordinált mozgások palettáját szemlélteti. A fejlesztõ a taszk munkafelületére “vedd fel és ejtsd” technikával rakhatja fel a szükséges ikonokat és a végrehajtási sorrendnek megfelelõen összekapcsolhatja azokat. A 8. ábra egy egytengelyes hajtás lehetséges (Folytatás a 49. oldalon.)
2003 t 96. évfolyam 2. szám
49
AUTOMATIZÁLÁS
7. ábra
8. ábra
taszkját szemlélteti. Az ikonok a CLC-nyelv egy, vagy több parancsának felelnek meg, a munkafelületre való felhelyezésükkor dialógus ablakok nyílnak meg, amelyekkel az ikonhoz tartozó argumenseket kell konzekvensen megadni. 1B. táblázat A Tools almenüi: Breakpoint Control CAM Builder Jogging Oscilloscope VisualMotion32, CLC_DDE Release 6 Show Program Flow A Data almenüi: CAM Indexer Events Field Bus Mapper (CLC-D only) I/O Mapper PID Control Loops PLS Points Registers Sequencer Variables Zones
2003 t 96. évfolyam 2. szám
A Status almenüi: Diagnostic Log Drives Drives on Ring System Tasks Az Options almenüi: Icon Palette Single Axis Coordinated Motion ELS Utility Icon Labels
A VisualMotion Toolkit menürendszerének néhány funkciója: – A “File” “Transfer ...” kezdetû almenü pontjai Windows-os programok szokásos funkcióin túl lehetõséget adnak a mozgásvezérlõ program egyes fogalmait reprezentáló adatcsoportok (Cams, Events, I/O Mapper, Parameters, Points, Variables, Zones) elkülönített kezelésére. – A “Edit” menü segítségével új taszk, szubrutin és eseményfüggvény hozható létre, megnevezéseket lehet rendelni változókhoz, regiszterekhez, bitekhez, a már meglevõket módosítani, törölni lehet.
50
AUTOMATIZÁLÁS
– A “View” teszi lehetõvé, hogy kiválasszuk a munkaterületen megjelenítendõ taszkot, szubrutint, eseményt – A “Setup” almenüpontjai segítségével lehet a vezérlendõ objektumnak megfelelõre konfigurálni a VMT-t. Pl. a “Card Selection” almenüponttal a duál-portos RAM címet ugyan arra az értékre kell állítani, mint amire a CLC-kártya jumpereit állították. A “Setup” további almenüpontjainak helyes értelmezése a [2]-ben található. – A “Tools” “Breakpoint Control” almenüpontja a fejlesztés közbeni tesztelést segíti. – A “Data” almenüpontjai rávilágítanak a CLC-nyelvnek arra a jellegzetességére, hogy nem kell a programban minden adatot részleteiben “elõre” megadni, elegendõ a hivatkozásnak szerepelnie. A hivatkozáshoz tartozó adatok “Data” almenüpontjaival megadhatók, vagy megváltoztathatók. A “Data” almenüpontjai arra is rávilágítanak, hogy a programfejlesztõknek milyen fogalmakkal kell tisztában lennie, (pl. “CAM Indexer”, “Events”, “I/O Mapper”, “PID Control Loop”, “PLS”, “Point”, “Register”, Sequencer”, “Variable”, “Zone”, ld. részleteket a [2]-ben). – A “Data/Registers” útvonalon érhetõk el a CLC duál-portos RAM területen levõ regiszterei, köztük a CLC mûködését irányító vezérlõ- és status regiszterek, I/O ki- és bemeneti puffer regiszterek. – A “Data/I/O Mapper” útvonalon adhatók meg azok a logikai utasítások, amelyek az I/O ki - és bemeneti regiszterek bitjei között fennálló relációkat rögzítik. Az utasításokban a “!”, “&”, “|” operátorok, valamint a “( )” precedencia jelölés használható. A mozgásvezérlõ számára CLC-nyelvû szöveges program is irható, amelyet a VMT-vel lehet lefordíttatni. A program írásához olyan editort kell használni, amely nem alkalmaz formázó karaktereket. A CLC nyelv az assembly nyelvhez hasonló, egy sorának általános alakja: mark:
INSTRUCTION/OPTION arg1, arg2, .., argn ;text
ahol
mark – utasítás-sort jelölõ opcionális címke, INSTRUCTION – a CLC utasítás mnemonikja, OPTION – utasítás módosító, arg1, arg2, .., argn – az utasítás argumensei, text – magyarázó szöveg. Pl.:MOVE/LINE ABS[5] utasítás derékszögû koordinátarendszerben egyenes vonalú pálya mentén történõ mozgás az elõzõ mozgás végpontjától az abszolút pont tábla 5-ös indexû pontjáig. A CLC nyelv utasításkészletének leírása a [2] 7. fejezetében található.
4.2 A CLC-kártya operációs rendszere
A CLC-kártya operációs rendszere a mozgásvezérlõ mûködtetéséhez a duál-portos RAM területen levõ 512 db 16 bites regiszter bitjeire támaszkodik. E 8192 bit mindegyikéhez a mozgásvezérlõ mûködéséhez fontos elemi logikai funkció van hozzárendelve. E bitek megfelelõ állításával vezérelhetõ a teljes rendszer. Pl. “Parameter Mode”-ról “Run Mode”-ra lehet áttérni, indítani, megállítani lehet a taszkokat stb. A mozgásvezérlõ programsorok végrehajtása is e bitekre épül. Az utasítás végrehajtása nem csak a mozgásvezérlõ hajtásaira van hatással, hanem közvetlenül, vagy közvetetten (a hajtásokon keresztül) a regiszter bitekre is. A regiszter bitek egy részének vezérlõ, más részüknek statusjelzõ, ismét más részüknek ki- és bemeneti puffer szerepük van. A 2. táblázat a regiszterek funkcióit szemlélteti.
2. táblázat Regiszter
Funkció
1
System Control
2-5
Task A-D Control
6
System Diagnostic Code
7-10
Task Jog Control
11-18, 209-240
Axis Control 1-8, 9-40
21
System Status
22-25
Task A-D Status
29
ELS Control
30
ELS Master Status
31-38, 309-340
Axis Status 1-8, 9-40
40-87
DEA (4/5/6) I/O
88 és 89
Task A Extend Event Control
90 és 91
Latch and Unlatch
95-97
BTC06 Teach Pendant Status
98 és 99
BTC06 Teach Pendant Control, Task A-B, C-D
100 és 101
User defined Inputs
120 és 121
User defined Outputs
400-405, 410-415
DEA (28/29/30) I/O
Pl. ha a System Control regiszter 1. bitjének (R1.1), a “Paraméter mode/Run mode” bitnek az értékét “0”-ról “1”-re állítják, a CLC az összes taszk végrehajtását megállítja. A SERCOS kommunikáció a 2. fázisba esik vissza. A rendszer “paraméter módba” kerül és minden adat változtatható. A program folytatása viszont nem egyszerûen a bit értékének visszaállítása által történik, elõbb még más biteket is állítani kell! A regiszterek és bitjeik funkcióinak részletes leírása a “VisualMotion GPS 6.0 Reference Manual”-ben található. Normál mozgásvezérlõ program végrehajtása közben a CLC-operációs rendszere egy lefordított CLC-nyelvû utasítást hajt végre. A fenti “MOVE/LINE ABS[5]” utasítás egy útszakasz megtételét írja elõ. Ennek az egyetlen utasításnak a végrehajtásához a CLC a ciklus idõnek megfelelõ gyakorisággal a SERCOS gyûrûre minden hajtás számára ki kell adja az aktuális útalapjel értékeket. A vázolt “egy utasítás - SERCOS kommunikációs folyam” a CLC operációs rendszerén belüli “útvonal tervezõ” munkájának eredménye. Az utasítás végrehajtása akkor fejezõdik be, amikor a rendszer az “5”-ös indexû pont által kijelölt koordinátájú helyre ér. A CLC operációs rendszerének jellemzõje, hogy a memóriában a végrehajtandó taszkhoz tartozó adatokat (az utasítások argumenseit) az utasítás kódoktól elkülönítve tárolja. E tulajdonságot a VMT menürendszere is tükrözi, lehetõvé téve a letöltött programok adataihoz történõ hozzáférést. A CLC-nyelvû programok adatai mezõ, illetve “adatbázis” struktúrájúak, a CLC memóriájában táblázatos alakban tároltak. A CLC operációs rendszerének részfeladata az “I/O Mapper” listáján szereplõ logikai utasítások “háttérben történõ” ciklikus végrehajtása is. 4.3 Alkalmazói (operátori) interfész
A VisualMotion Toolkit segítségével a fejlesztõ a “Data/Registers” útvonalon a CLC-kártyát vezérlõ regiszterek bitjeit állíthatja, megváltoztathatja, tehát tesztelheti, mûködtetheti az elkészült mozgásvezérlõt. A rendszert azonban ily módon mûködtetni nem csak kényelmetlen, de kockázatos is. Mozgásvezérlõ irányításáról lévén szó, helytelen beavatkozás veszélyeztetheti az irányítandó objektumot és személyi sérülést is okozhat. 2003 t 96. évfolyam 2. szám
AUTOMATIZÁLÁS
51
9. ábra
Ezért az operátorok számára célszerû alkalmazói (operátori) interfész felületet (ember - gép kapcsolatot) kifejleszteni. A kapcsolatot CLC-kártya mint szerver, és az alkalmazói interfész szoftvere mint kliens között egy e célra fejlesztett CLC_DDE.exe szerver szoftver segítségével lehet megteremteni. (“Tools/VisualMotion32, CLC_DDE Release 6” útvonal.) A mozgásvezérlõ programmal már feltöltött CLC-kártya második soros portján keresztül BTC06 távvezérlõvel is mûködtethetõ. A BTC06 (Teach Pendant) távvezérlõ maga is M68000 családhoz tartozó processzorral és kliens szoftverrel rendelkezik, amely menürendszert küld a távvezérlõ LCD ernyõjére. A rendszer operátora e menürendszer segítségével és a BTC06 funkciós gombjaival vezérelheti a rendszert. Egy ilyen alkalmazástól független ember-gép kapcsolat azonban csak programfogalmakra (taszkok, táblázati adatok stb) támaszkodhat. 5. Paraméterek
Adott mozgásvezérlõ alkalmazás konfigurációs adatait a “paraméterek” rögzítik. A mozgásvezérlõ akkor válik mûködõképessé, ha a CLC-kártya és a digitális hajtások alapvetõ kommunikációs és inicializáló paramétereit megadták. A rendszerépítõnek a rendszer mechanikai jellemzõit is meg kell adnia. Ezek a paramé2003 t 96. évfolyam 2. szám
terek specifikálják a gép korlátait, pl. a maximális sebességet és gyorsulást, vagy a motor fordulatszám és a tengelyfordulat, illetve haladási sebesség közötti viszonyt. A paraméterek egyes csoportjai (típusai) a CLC-kártyával, taszkkal, tengelyekkel, SERCOS kommunikációval kapcsolatosak, adatbázis szerû struktúrával rendelkeznek. Azonosítójukon (IDN) kívül megnevezésük, mértékegységük, adatuk (értékük) van. Azonosítójuk alakja: X-s-nnnn, ahol X a paraméter típusa: C - CLC rendszer (kártya) paraméter, T - CLC taszk paraméter, A - CLC axis (tengely) paraméter, S - SERCOS hajtásparaméter, P - gyártóspecifikus hajtásparaméter, s 0 - 7 közé esõ készlet szám, nnnn - 1 - 4095 közé esõ paraméterszám. A rendszer, taszk és tengelyparamétereket a CLC-kártya memóriájában, a SERCOS paramétereket a digitális hajtásokban tárolják. A paraméterek kezelését ezek az azonosító rendszer teszi lehetõvé. Az összes paraméter-elemhez hozzá lehet férni VisualMotion Toolkit-tal, vagy a CLC-kártya soros portján keresztül, ASCII terminállal.
52
AUTOMATIZÁLÁS
6. Zavarelhárítás
A CLC-kártyának és a SERCOS-os hajtásoknak a paramétereken alapuló széles körû belsõ diagnosztikai rendszere van, amely folyamatosan ellenõrzi a rendszer mûködését és az eredményrõl “üzenetkódokkal” tájékoztat. A 600 üzenetkód – státus üzenetekre, – figyelmeztetõ üzenetekre és – hibaüzenetekre tagolódik. A státus üzenetek a rendszer állapotáról informálnak. A figyelmeztetõ üzenetek nem állítják le a programvégrehajtást, csupán nyugtázást igényelnek. Hibaüzenetek esetén viszont leállnak a mozgások és a programvégrehajtás csak a zavarelhárítás után folytatható. A VisualMotion Toolkit “Status” menüje nyújt segítséget a hajtások, taszkok és a CLC-kártya zavarainak elhárításában. (ld. [3]) Az elõforduló zavarokról dátummal és idõponttal ellátott naplózás kérhetõ. A programvégrehajtás a “Tools/Show Program Flow” úton figyelhetõ meg. 7. A VisualMotion továbbfejlesztése
A fejlõdés a számítástechnikában és alkalmazási területein rohamos, az elõzõekben leírtak a VisualMotion 2000-ben piacra került 6.0 verziójára igazak. A továbbfejlesztés a 9. verziónál tart. A VisualMotion Toolkit szoftver nem változott, a fentiekben rá vonatkozó részek változatlanul érvényesek. A VisualMotion 9 verzió hardveréhez PPC vezérlõ kártya és MTS-R mini PLC modul tartozik. A PPC kártyájának két változata van: – PPC-P (PCI-s változat) firmvere GMP 9, és – PPC-R (RECO változat) firmvere GPP 9. A 9. ábra példaképpen a PPC-R-rel kiépíthetõ lehetséges mozgásvezérlõ konfigurációt a szemlélteti, amely a következõ képességekkel rendelkezhet: – RS232/RS422/RS485-ös portokon keresztül csatlakoztatható hozzá a jelzett HMI eszközök egyike, vagy programozó, diagnosztizáló számítógép (amelyen a VisualMotion Toolkit szoftver fut), – közvetlenül egybeépíthetõ I/O eszközökkel kiegészitett MTS-R modullal, – mezõbusszal (PROFIBUS-DP, DeviceNet, INTERBUS, ControlNet) csatlakoztatható újabb MTS-R modul, PLC, vagy ipari számítógép, – Ethernet (TCP/IP) csatlakozón keresztül másik PPC-R-hez, távvezérlõhöz, távdiagnosztizálóhoz, internethez csatlakoztatható, – SERCOS kommunikációs gyûrûre felfûzhetõ további 31 PPC-R. PPC-R-rel jelentõsen egyszerûsödött az I/O-ok megvalósítása, a hajtások számának növelése, s lehetségessé váltak olyan kapcsolatok, amelyekre a CLC-kártya nem adott lehetõséget 8. Összefoglalás
A REXROTH INDRAMAT VisualMotion modul rendszer elemeivel flexibilis mozgásvezérlõ hozható létre, amely széleskörûen alkalmazható az általános mozgásvezérlõtõl az elektronikus vezérlésû többgépes villamos tengelyek vezérlõin keresztül a robotok vezérléséig. A mozgásvezérlõ számítógépes szoftverkörnyezetét a VisualMotion Toolkit képezi. A mozgásvezérlõ rendszer részét képezik a digitális szervóhajtások és a SERCOS fíberoptikus kommunikációsrendszer is. A VisualMotion nyitott busz architektúrája lehetõséget ad már mûködõ rendszerekhez történõ kapcsolódásra. A VisualMotion rendszer különösen alkalmas csomagolástechnikai gépek, élelmiszeripari gépek automatizálására.
A VisualMotion rendszer túl bonyolult ahhoz, hogy egy cikkben lényegének ismertetésénél többre vállalkozzunk. 9. Irodalom A VisualMotion rendszer megismerését a REXROTH Indramat-tól beszerezhetõ részletes leírások, dokumentációk segítik, amelyek közül felsorolunk néhányat: [1] VisualMotion 6.0 Startup Guide [2] VisualMotion GPS 6.0 Reference Manual [3] VisualMotion 6.0 Trouble Shooting Guide [4] DIAX04 HVE and HVR 2nd Generation Power supply Units [5] DIAX03 DDS02.2/03.2 Drive Controller Basic Unit [6] DIAX04 HDD and HDS Drive Controllers 2nd Generation [7] DIAX04 Plugin modules for digital intelligent drive controllers Projekt Planning Manual [8] Digitale AC-Motoren, MKD - Projektirung [9] Digital AC-Motors, MHD - Projekt Planning Manual [10] VisualMotion 9 Multi-Axis Motion Control GPP and GMP Firmware
A SZERZÕ Bausz Imre 1960-ban végzett a Budapesti Mûszaki Egyetem Villamosmérnöki Kar Erõsáramú Tagozatán. 1965-ben egyetemi doktorátust, 1982-ben a tudományok kandidátusa fokozatot szerzett. A Kandó Kálmán Mûszaki Fõiskolán a Szabályozástechnika tantárgy meghívott elõadója volt. Elsõ és egyben utolsó munkahelye - a névváltozások ellenére - egyedül a SZTAKI volt. Nyugdíjazása óta is ott tevékenykedik. A MEE-nek évtizedek óta tagja, Csáki-díjas. Szakmai lektor: Farkas András rovatszerkesztõ
Szemle GreenLight (zöldfény), energiahatékonyság a világítástechnikában
Az energiahatékonyság javítása a világítási berendezésekben, és ezáltal a CO 2 kibocsátás és csökkentése: ezek az európai GreenLight program céljai, amelyet az EU-bizottság még 2000-ben kezdeményezett. 2002-ben startolt a GreenLight-Svájc. A programot a svájci Energiahatékonysági Ügynökség (S.A.F.E.) gondozza. Elsõsorban beruházókat, üzemeltetõket és világítástechnikai szakvállalatokat szólítanak meg, valamint más szervezeteket, amelyeknek hasonlók a céljai. A GreenLight partnerektõl elsõsorban azt várják el, hogy világítástechnikai berendezéseiket analizálják, gazdasági intézkedéseket határozzanak meg, és ezeket 5 éven belül végrehajtsák. A partnervállalatok haszna az EU-bizottság elismerése, az energiaköltségek csökkenése, és az alkalmazottak növekvõ termelékenysége a jobb világítás következtében. A GreenLight tagoknak egyúttal növekszik a GL szövetség révén a szakmai kompetenciájuk a fogyasztói tanácsadásban, valamint a világítástechnikai berendezések tervezésében és optimalizálásában. A GL partnerséget az EU-bizottság osztja ki, és szigorú kötelezettségeket is elõír. A GL logók használata javítja a vállalatok imázsát, elõnyt jelent az is, hogy besorolják az ökológia-orientált vállalatok közé. A GL logót kitehetik a vállalat épületére, szerepeltethetik katalógusukban, publikációikban és az interneten. BULLETIN – 2002/23. Szepessy Sándor 2003 t 96. évfolyam 2. szám
