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译文

原文题目：

AutomaticGenerationofPLCProgramsforControlofFlexibleManufacturingCells

译文题目：

PLC程序的自动生成柔性制造单元控制

学院：

电工程学院

专业班级：

机械工程及自动化10级（5）班

学生姓名：

杨磊刚

学号：

41002010510

PLC程序的自动生成柔性制造单元控制

abslraa缩短的产品生命周期减小输出制造系统的速率。

的离线验证控制系统的承诺，增加产量。

然而，对使脱机验证一些重大的改进当前制造业的发展过程我需要系统。

信息处理与发展控制程ioformstian重用是两个最重要的改进的地方。

本文论述了的许多连接到启用脱机的一个问题验证。

一个通用的控制程序结构，适应信息的重用和正式的数学证明的方法，是必要的。

本文提出了B计划结构，它可能产生的PLC制造商—程序的信息，在已经存在B制造系统的发展过程。

为了进一步inereasfoftline能力验证提出的程序结构适用于进口通过正式的mathematics1方法处理的信息

1．介绍

消费产品的生命周期不断缩短的；汽车产业是一个说明性的例子。

作为一个结果，新产品的介绍制造系统一定becomcs更频繁。

本质上，这带来的性能下降制造系统。

如图1.1所示

图1.1生产量减少时，新的C产品替代产品降低性能的下降时间和引起的升温时间。

在停机时间的机械设备改造和新的控制程序调试。

斜坡上升阶段之间的时间斯坦的重建的植物和到达时间满生产速度。

在坡道有大量主要是通过机械装置不造成的错误适当调整，在控制程序的错误和不习惯新的程序操作。

此外，升温时间影响的性能，在最坏的情况下可能的时间，在市场需求的高峰之后推出一个新产品。

不能产品产生的误差在坡道是失去的。

由于市场需求下降是不可能的弥补损失的生产增加，一旦错误率下降。

因此，为了保持生产力水平和实现全成本效率停机时间和上升时间必须减少。

减少停机时间和上升时间的一个方法是调试控制程序之前，他们被加载到控制系统。

这是通常被称为控verificulion。

oftline验证并消除了很大一部分的时间和过程中的错误加速程序错误造成的。

今天，离线验证通常需要验证通过一个三维检测系统功能—模拟。

使用的详细的3D模型制造系统连同控制代码方法对模型执行代码，控制代码开发模拟系统的控制下观察的行为。

没有碰撞和死锁通常可以评估，至少对系统有限的灵活性。

然而，许多错误是很难通过物理地看着仿真检测，例如，当一个紧固销是在错误的位置。

funhennore，程序冗长而无聊的，这可能会引起漏检错误。

进一步的crron从而增加下坡道的时代是信息的事实是不可重复使用的子过程之间的发展过程。

一个例子是控制的发展程序。

第一个机械工程师设计的电池和其控制功能。

然后同样的控制功能实施，通常是手动，在机器人的仿真工具，机器人路径加弧。

之后机械设计是由一个三维仿真验证。

最后相同的控制功能的实现三分之一的时间，在PLC程序。

形式化方法，即数学推理系统模型特性。

代码的自动生成能显著提高脱机能力验证缩短下坡道的时代。

这研究这个问题的自动生成从产生的THC的信息控制程序对开发过程的子过程制造系统，主要是在汽车工业。

这涉及到定义控制程序的总体结构，确定需要什么样的信息参与并找出该信息储存在何处。

它还涉及存储在信息转换不同的不兼容的格式转换成适当的格式代码

有几篇论文已被写入有关发展自动制造控制程序。

这些可以大致可分为两种类型。

第一类[1]，[2]，[3]，可以分为基于软件工程第二类[4]，[5]，基于数学系统的表示和处理。

程序在本文提出的结构是基于软件工程的原则和适应输入信息通过形式化的数学方法进行处理。

有四个原因，以前的研究并没有解决这个问题的连接下，缩短斜坡上升时间。

首先，在[1]，[2]，[4]和[5]只有部分的程序，包括控制功能自动操作而言。

这是典型的10%一个完整的控制程序，它是必要的包括人工交互和机械零件的联锁装置可靠的离线验证。

描述的剩下的90%是在2.1节中发现。

其次，不考虑信息重用。

逻辑操作在一个指定的编程工具，[1]，[2]，通过控制—自动机，[4]，或通过Petri网，[5]。

第三，由于逻辑手动指定它是不可能保证本规范是廉洁的转换到后控制程序。

第四，[1]，[2]，和[4]个具体自动化制造单元处理，但他们不覆盖该控制方案的实施个别设备。

这个原因很清楚：

设备是米尔斯，车床和相似，他们都有自己的控制系统。

在考虑的过程本文中，这是没有的情况下.

在最近几年已经推出了新的自动化supplicrs为控制程序更高效的开发工具这些工具的基本想法是利用信息一个细胞的机械设计和转换信息的程序代码在一个控制系统，那么通过三维仿真验证程序。

在一项调查中，[71，三的这些工具是evaluatcd。

几种通用的局限性进行了鉴定，其中两个对当前讨论的重要。

首先，它不是可以表达一个细胞的完整的控制功能在开发工具的机械部分。

然后手动工作需要的规格是当转换成程序代码，从而导致两个缺点。

信息复用成为ONC时间由于手工工作必须重做一次事件机械信息改变。

当手动工作包括在转换，它不再是可能的为了保证一个廉洁的转换规范的程序代码。

其次，验证电池的操作主要是通过物理观察模拟。

本文提出了一种程序结构使它可能的信息，alrcady中存在一个发展的过程中产生的PLC程序

制造系统。

汽车行业的身体店是关注本研究。

这些通常是高度自动化的制造系统，包括大量的细胞。

图1.2显示了一个电池的三维模型三机器人焊接的车身地板的一部分。

在一个细胞有许多不同的设备，其中最常见的是机器人，夹具，和托盘。

机器人配备不同类型的焊接工具，拧，材料处理，胶及其应用密封料等，是一个强大的设备，夹具夹体盘并保持在预定的位置。

一些设备将两个或两个以上的固定在位置，托盘是一种装置，拥有更大的部分像汽车的体侧。

托盘也将部分从细胞到细胞，而细胞内只移动夹具。

夹具和托盘没有自己的控制系统因此有必要为这些设备在开发过程中尽可能的模拟一个完整的细胞的功能验证。

图2我。

三个机器人细胞。

II。

该程序结构

程序生成的基本思想是“组装”控制程序中的对象的代表设备和基本的细胞功能。

thasc对象弧instantiatcd从标准化的软件库组件。

控制功能，构成“胶水”，坐标的对象，然后可以加载数据到PLC，由一个标准化的软件解释组件，一般的顺序功能。

这实现了可靠性和灵活性高。

IIA,一个rypicalPLCpmgrum

图2-1所示的一个典型的PLC程序的基本组成部分控制自动化的制造单元。

一种资源是一个封装的部分程序代码表示机械部件。

这应该是一个标准的软件组件。

开发工具不同的名字，这些资源，功能块，胎牛血清，是最常见的一种。

在本文中的资源称为对象。

图2.1左畔，机器的具体程序，可以自动生成自它代表的信息已经存在，因为THC功能块实例化一个图书馆。

是的一部分是机器无关的信息。

的本文的重点是程序的机器的具体组成部分。

Ⅱ。

B输入到程序生成与整合

该程序生成的信息是必要的分为三个部分，一个组件列表，一套操作和一组中的命令列表操作的定义。

组件列表是用来实例化程序。

代表机和基本的细胞功能的对象被实例化，从标准化的软件库组件。

其信息的情况下进行创造是从细胞的机械设计的进口。

细胞类型，该机器的名称和类型致动器scnsors每台机器配备有足够的信息。

whethcrP1。

C程序开发人员需要创建本机实例，或如果这可以自动完成，取决PLC程序开发工具。

offorma1方法

一个细胞的工作周期分为SCT的小操作。

图2.2显示了一个表示一个简化的夹具操作。

运行库2.2表示操作的运动从位置的Kfixhlre位置S2控制PATL。

第一固定销拆开然后夹具移动从三个位置，插入紧固销和操作完成。

每个操作一些额外的信息附。

本机是执行该操作产品的操作类型来执行弧所附的信息的例子。

一个详细的该信息描述是[不发现。

的所附的信息的目的是能够计算执行操作的最佳顺序。

操作分为列表类型的产品。

然后，每个列表进行无碰撞，死锁—自由与时间优化的作业调度。

为计算算法，161，和一个开发工具，在查，能够执行计算是在[9]。

从输出计算一组的列表，显示执行顺序操作

由于控制功能分为业务和关于如何及何时操作要执行控制功能的复杂性大幅减少。

然后一个细胞的控制功能可以用简单的数据结构，可以很容易的在子交换的过程中发展。

I1C结构的PLC程序

面向对象的程序sfncfure[英]但有递阶控制stmchlrc。

现代PLC编程言不完全支持面向对象的原则。

在最好的，只有构建可执行reusc是包容而不是继承。

图2.3显示在顶层的对象。

箭头表示消息通信和实线表示可变通信。

在[3]的递阶控制概念的质疑。

原因之一是，它可能会导致一个通信瓶颈，但在这种情况下，这是不可能。

因为在这消息的发送顺序是计算使机器总是准备去接受它当消息到达。

将没有拒绝请求。

本文给出了一个简短的描述的对象图2.3。

细胞控制对象句柄操作模式和斯坦和机器停止。

目的的该coordinaror是协调细胞中的机器。

当一个新产品已进入细胞，协调员加载对应的操作列表的开始分配操作的机器的对象。

邮件箱子是用来传递数据之间的相互信息队列对象。

在[10]描述，邮箱是可能的。

在任何的PLC实现。

产品数据读取和分布产品信息。

S、Y绝对检测A11紧急停止按钮，电池，和类似的装备用来防止人进入站在运行时。

与细胞通讯—控制目标是通过一个信号，只有当所有的安全设备不安全弧对象持有以相似的方式控制对象的细胞。

什么时候电力供应，压缩空气，冷却水正常工作，此对象持有高支撑好信号由细胞控制对象的监测。

目的该区的处理是防止机器相互碰撞。

带处理器拥有区，每个区代表一个物理号码在细胞体积。

在一个时间只有一台机器可以在一个特定的区域。

前机允许输入区必须在区处理书区。

在同样的方式，机器必须释放带时离开这。

在自动模式下，正常操作期间，该区处理不necessacy，因为THC行动计划以避免冲突。

图2.3是一个标准化的框架，一个细胞，其中细胞特定的对象是如何被实例化。

的关注本文研究的对象是机器。

特定对象产品数据，支持，和安全应该是以同样的方式处理为机对象但内部stnxture治疗不在这里。

是可能的实例化对象的一种有效的方式，他们的机器必须满足两个要求。

机器的控制目标必须通过消息通信和机对象必须有一个标准化的接口。

safepOK信号高。

支持对象之间的通信。

fibwre2.3。

PLC程序的主要对象

11D标准化的对象接口

通信通过接口可分为三部分。

第一部分处理控制的单元控制对象和反馈，这。

第二盘有关消息通信。

第三部分关注与运营商的互动，通过算子接口，人机界面。

与细胞控制对象的通信都是通过一个布尔变量的个数。

这两个控制变量是：

帕尔，机器可以工作，和。

停止，一个出现错误，所有的机器都下令停止。

多变量表示目前的操作模式。

常见的操作模式是：

偏，自动操作。

手册，所有的操作都是由一个算子。

步骤，在细胞内的所有机器都执行一个一次操作。

模拟，所有的动作自动执行，但没有实际的工作。

honierun，细胞内所有的机器是自动或手动放在家中的地位。

THC反馈的机站控制对象都是通过两个布尔变量：

家里的位置，一个机是在其家中的位置。

失败，一机”错误可能导致其他设备冲突。

如何与HMI通信应实现依赖于PLC的性能和人机界面。

因此，这不进一步讨论在这里。

然而，理想的解决办法是的人机界面被实例化，以同样的方式本机对象，然后将是可能的联系在一起，物体。

1I.E机器的对象

就像在一个细胞的对象，一个对象还包括机一个标准化的框架对象，结合一些具体对象适应特定的机器。

有两个一个对象类型的机器，机器，有自己的控制系统与那些没有。

图2.4显示机器的内部对象，没有对象自己的控制系统。

从我们第一次有标准接口四连接，处理之间的所有通信对象和其周围的环境。

消息处理管理与信息交换协调和在某些情况下，还与其他机器。

下面的两个对象，操作模式和机器率，处理和反馈控制的细胞控制对象。

当机器执行操作，一个消息在消息处理程序将它转发到THC机控制器。

的操作由机控制器的负载，然后开始根据状态控制致动器的对象在操作。

所有的操作都被执行机器storcd机器内的对象。

对象手动控制和联锁手动模式要定义的是正在进行的工作。

为了实例化的致动器和传感器中的对象有效的方式，他们之间的通信机控制器，通过消息交换，在一个本地邮件箱机控制器内部。

然后机控制器只需要知道的名字致动器和传感器的对象能够控制他们。

图2.4。

机器内部对象的对象

本机控制器是一种重要的对象描述在这里详细。

当它被实例化时，它的尺寸一套acluators和一组独立的传感器。

传感器属于一个机构不直接连接到mnchine控制器。

它不仅涉及的总和在acnator对象信号。

阀，例如，可以他连接到四个同时操作夹。

对象会显示相应的驱动器只有当打开所有四夹打开。

一个例子一个传感器是一种检测对象的存在的传感器oarts。

操作10移动夹具位置尺码1，图2.5。

在PLC的操作表示

考虑到执行的mdiinecontvoller的在图2.2中，控制功能看作是一个状态表，作为图2.5所示。

每一列代表一个致动器或一个单独的传感器，和图2.2中的每一行代表在序列图的步骤（如GRAFCET或IEC61131证监会）。

PLC对信息一个功能类似于一个序列运算。

首先行是应时的初始状态机具体的操作被执行。

初始状态比较详细的资源对象的状态，如果他们不匹配发出警报和机停止。

如果美国的比赛，conrroller将机器以资源对象采用连续两个国家，行动1。

当资源对象的状态是在连续两个相同的动作，我完成了mochhe控制器将命令资源对象采用连续三州，2。

本程序是重复直到所有的行被执行。

然后机控制器发送消息到协调员承认操作执行的。

由于信息在控制tablc只有包含状态集合可以存储在一个中立的格式加载到任何品牌的PLC。

图2.6。

夹具定位板

在图2.5中，区右列，代表空间在细胞中，将被用来进行操作。

作为图2.6夹具必须书区1，2，3，4他能够从位置移动到S2R。

在过去的图2.5夹具的表行已达到位置S2和4区然后取消预订。

这个自明，不再占用4区。

现在，机器人将焊接板共同需要的书带4。

除了控制资源的对象，该机控制器有三个其他的功能。

已经有一个提到，工作区的分配。

另外两个用于处理分支。

如果一个操作可以进行在两种不同的方法，定义了两个操作。

的附加功能时需要决定的ACE执行的操作取决于其他国家机。

一个功能将消息发送给机器的状态和其他功能的要求对这样的请求。

机器的对象，被描述到目前为止类型是一个没有自己的控制系统。

本机一个与自己的控制系统机的对象，一个机器人例如，既没有机控制器没有内部信箱。

这样的物体的主要目的是转发消息的协调和控制之间系统的机。

1I.F握手机器之间

许多行动代表的握手机。

这是必要的，例如，一个机器人阿的地方的一部分在一个夹具。

之前的机器人可以将在夹具必须确保该夹具是在正确位置。

在这里介绍的程序结构，该机器人不执行该检查对象，协调员做。

这张支票是由操作代表只有一行，一个初始状态。

当固定接收操作检查其状态，如果是一样的的初始状态操作的夹具承认操作。

然后协调员对象命令机器人一部分放在夹具。

这种类型的握手是说是tmnsitory因为机器不必检查每个人在美国的相互作用。

握手只有在一个相互作用和一些做在相互作用在特定的点情况。

另一种类型的握手，制造较不频繁的细胞，是连续的。

一个例子是当一个工作件运输两个滚筒输送机之间。

然后它可能是一个传送带的是被迫改变其速度和即时的人必须适应新的速度。

在建议的程序结构的连续握手是通过消息通信在执行对象级。

图2.4中的连续握手是通过消息之间的箭头表示处理器和驱动器对象。

一个逻辑连续handshakc是在特定的部分实现的致动器的致动器组件对象，，见图2.7。

该actudtor组件提供关于机器的名称和信息致动器组件应该相互作用。

I1.GActuotorandSensorObjecfs

就像一个细胞和机器中的对象的对象ctuator对象，如图2.7，也由标准化框架的对象，但对象只有一个致动器特定对象，称为致动器组件。

另一个不同的细胞和机器的对象是主要锅之间的标准化的通信部分和具体的对象是由一组做的标准化变量。

唯一的例外是连续使用messaeeexchanac握手。

图2.7。

在一个acnator可怜的对象

该控制器可以发送不同的消息，待到三致动器的对象：

故事的要求，sfate检查，和秩序。

当一个国家的请求被接收的实际状态致动器组件是阅读和发送回THCmadzinc控制器。

一个国家要求的结果时使用机控制器具有分支的情况。

状态检查发送时，操作的第一行是执行当自动模式进入停止或后人工交互。

状态检查消息包含一个所需的队伍，与实际情况比较致动器组件。

如果他们是不同的，理想的状态是复制到驱动器组件，生成报警。

由于执行对象的状态可能取决于几个传感器，它是必要的，产生的阿拉米在致动器组件，消息的类型，秩序，还包含一个理想状态，复制到可变有序状态。

在这一点上所期望的状态没有比在ASCII字符的更多信息格式，它代表的是。

在THC致动器然后组件必须有一些逻辑比较orderedstare与致动器的可能的状态activmtr相应的输出。

当achlator组件已达到新的状态确认发送回machitiecontrdler。

除了致动器的致动器的控制逻辑组件包含错误检测和报警程序代。

检测的两个最重要的错误是不断检查执行机构的状态和检查每个操作的实现。

状态监测意味着致动器保持在其状态直到它在自动模式下，一个新秩序；否则，发出警报。

一个例子如何检查操作完成是衡量它需要打开一个夹具的时间。

有一个传感器对象和两个差异驱动对象。

在传感器中的对象的对象是失踪和传感器对象需要一个单独的控制状态监测功能。

机床控制器打开状态监测通过在最初的一个messagc行操作，并开发了状态时在下面的行传感器的变化。

状态监测也将被关闭，当操作完成。

1I.HStraouwin?

heobjecthierarchy

对图2.6中的夹具对象的层次是图2.8所示。

该夹具配备一个夹，两个固定销，一个定位气缸，和一个单独的传感器检测夹具和固定之间唯一的区别销气缸数。

夹有固定销有两个但在这两种情况下的缸由一个双稳阀控制。

因此他们相应的致动器组件都建立了两个基本成分。

该解决方案将减少组件中的一个组件库但解决方案要求该阀组件是可配置的能够处理不同数量ofcylinders。

对图2.6中的夹具对象的层次是图2.8所示。

该夹具配备一个夹，两个固定销，一个定位气缸，和一个单独的传感器检测

夹具和固定之间唯一的区别销气缸数。

夹有固定销有两个但在这两种情况下的缸由一个双稳阀控制。

因此他们相应的致动器组件都建立了两个基本成分。

该解决方案将减少组件中的一个组件库但解决方案要求该阀组件是可配置的能够处理不同数量ofcylinders。

定位筒由两个串联连接气缸的两个双稳态阀控制。

一个相当奇怪的设计，因此直接实现为一个没有基本的组件的致动器组件，除了传感器。

的基本组成传感器没有实际的程序代码，但。

其目的是存储在一informalion例如，结构化的方式，传感器的名称，以当被用于产生一个报警信息。

图2.8。

机器的对象层次结构对象

11.I错误检测和报警的产生

报警的产生是控制的重要属性程序，为维护和保护设备。

报警的产生也被以前的主题研究。

在[我？

对PLC诊断模型]提出了控制的柔性制造系统。

通过附加的诊断功能的错误相同的类型这是关注这里可以被检测到，但在方法这里提出的诊断功能的集成自动生成。

以下三种类型的警报会检测到错误在所有的控制措施。

第一种类型是用于当资源对象执行ARI秩序。

前一个命令可以执行的力学条件，联锁装置，必须进行检查，且仅当他们完成了将对象执行订单。

否则。

如果装置没有满足，警报生成。

在传统的编程这种

报警是不自编程努力实现太大了，事实上，他们必须重新编程每一次机改造。

与方法在本文中提，这些代码会报警自动生成。

因为所有驱动器的状态与机器的传感器都存储在操作它可以检测任何突发情况时操作执行。

预期的状态的致动器或传感器发送从电机控制器作为sfate检查消息。

如果预期不匹配的状态实际状态相应的执行器和传感器对象将产生报警。

报警二种涉及执行在执行机构操作，并被激活，如果执行不执行命令。

中描述的2.7节。

警报第三种是用来检查执行机构保持在原来的位置。

一个例子的情况时这是必要的是当一个机器人移动接近夹具。

在正常操作过程中，没有任何风险，一个夹具输入一个不正确的位置和thercby引起碰撞。

然而，夹具可以进入一个不正确的位置由于机械故障或手动相互作用。

事实上这些机器人只检查该夹具是正确的它开始运动之前的位置，由于消息通信，使得它就需要停止细胞当致动器失去它的位置。

111.未来的工作

提出了一种新的开发方法制造系统，支持脱机验证一个由查尔姆斯的研究项目的目的技术和沃尔沃汽车公司大学。

这个项目的方法是从底吹气体开始。

机器人和PLC的程序结构的开发为了确定哪些信息是需要去生成控制程序。

介绍了PLC节目和他们是如何支持结构化的LO该程序的自动生成。

在正在进行的研究该程序是在PLC中实现约这是connectcd到3D仿真工具。

然后程序结构是由控制模型验证从沃尔沃工厂房细胞。

下一步是地图信息流时针发展过程如果所需的信息，[我]，已经存在或，如果不，决定哪些子进程的信息应进入。

其他的问题一致的处理信息和信息表示标准化的格式。

IV.结论

本文提出的方案提供了约三的结果，有助于使脱机验证，从而缩短下坡道的时候制造系统。

首先，该程序的结构支持的子之间的信息重用的过程制造系统的发展过程。

的生成的程序所需的信息可以通过简单的数据结构，可以轻松地表达所涉及的子进程之间交换。

其次，由于该程序sinciur支持使用正式的方法将离线的能力验证可显著增加。

第三，由于控制功能规格直接intelpretcd由PLC，无需人工的相互作用，可以保证一个操作将根据其规范进行。

然后数中，控制程序错误造成的因为人类的错误的程序开发过程减少，同时斜坡时间。

此外，即使数学表示控制系统已超过了研究区15年共仍然很少的工业应用。

由于程序stnctur提出适应IO输入信息通过正式的数学处理许多方法，从本研究的结果可以很容易地在任何PLC。

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