西门子6ES7350-2AH01-0AE0技术参数
当今，在设计与建立控制系统放时，工程师们总是希望能使用比较少的设备来实现更多的功能。尤为当今，他们需要的控制系统不仅能处理数字I/O和运动，还可以集成用于自动化监控和测试的视觉功能和模块化仪器，还必须能实时地处理控制算法和分析任务，并把数据传送回企业。这就是说要求产品能结合的功能和可靠性对于这复杂的应用，仅单靠PLC或PC的不全面解决方案是困难的，这是什么原因？因基于PC的工业控制有以下弱点：
■稳定性-通用的操作系统常常不够稳定并且生产线会受到系统崩溃和无法预料的重启的影响。
■可靠性-由于磁性硬盘的旋转和有像电源这样的部件，其坚固程度达不到工业标准，PC容易发生故障。
■不熟悉的编程环境-当系统停止时，工厂的操作人员需要恢复系统。对于梯形逻辑，操作人员能知道采用人工方法启动一个线圈或者补充代码来快速恢复一个系统。使用PC系统，操作人员需要学习新工具。
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使PLC增加视觉、运动、仪器和分析功能等全方位的自动化技术，显而易见是望尘莫及。必须希望拥有PC的功能和PLC（可编程控制器）的可靠性的佳方案，则可编程自动控制器（PAC-ProgrammableAutomationController）就是这样的平台，它能佳结合PC和PLC两者的优势（见图1所示），它提供了开放的工业标准，可扩展的领域功能，一个通用的开发平台和一些性能。这是当今设计与建立控制系统发展的需要，属工业自动化领域中比较完善的新兴控制器。
那"PAC是什么？"PAC这一术语，它定义了一种新类型的控制器.该控制器结合了PC的处理器、RAM和软件的优势，以及PLC固有的可靠性、坚固性和分布特性。PAC采用现有的商业化技术（COTS），非常适合于工业化环境，它具有可伸缩性，易于维护和具有较低的发生故障时间等特性。
关于PAC的平台
快速增长的PAC平台是基于PXI。由于PXI结合了PCI总线的电路特性和CompactPCI坚固的欧罗卡机械结构，这种结构已在工业环境中成功使用了许多年，当今NI，Chroma，LeCroy和JTAG等供应商现在可提供1，000多种独特的I/O模块，包括模拟I/O、数字I/O、视觉、运动和高精度数据采集。典型的可提供以下四种PAC硬件平台。
■PXl对工业化PC做了改善，具有实时OS，标准的散热，可选的不旋转固态硬盘和内置的模块间同步。PXl标准要求所有的机箱能为每个模块插槽提供25W的空气流制冷，这样甚至在使用高功率继电器，高速PXl或CompactPCI卡时也不会使工作系统过热或者缩短寿命。PXl也提供了能严格同步各个模块的功能，工程师可以为高速控制应用设计运动，视觉和I/O系统，这些应用包括产品包装和半导体器件处理。
■CompactFieldPoint使用工业级的部件来抗强冲击和振动，其工作温度范围为-40℃到70℃。它也采用传导式制冷来代替旋转风扇，由于不使用活动部件而提高了可靠性。由于有运行实时OS的浮点处理器，CompactFieldPoint系统具有PC功能，用于记录数据的CompactFlash驱动和用于通信的以太网口。
■CompactVision系统是为机器视觉而专门设计的坚固的控制器。它使用，IEEE标准1394FireWire接口，可以在视觉应用中和16台摄像机通信。CompactVision系统也采用不活动的部件和传导式制冷，您可以把系统固定在机器附近。它提供29个内置的数字I/O通路，这些通路可由LabVlEWRT或使用LabVlEWFPGA的嵌入式FPGA来直接控制。
■CompactRIO是新型的可重复设置的嵌入式系统，它基于LabVlEWFPGA和LabVlEW。实时技术.CompactRIO系统采用具有3百万门的FPGA芯片来控制模块化的数字和模拟I/O。这些FPGA芯片可以运行嵌入在芯片里的代码，它的数字循环的速率高达MHz，模拟循环的速率为150kHz。FPGA可以把信息传回到运行LabVlEWRT的浮点处理器以进行计算和数据记录和通信。由于有金属外壳和传导式制冷，该控制器非常适合用于严酷的环境。
PAC定义的几种特征和性能（见图2）。
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■供通用发展平台和单一数据库，以满是多领域自动化系统设计和集成的的通用开发平台；
■一个轻便的控制引擎，可以实现多领域的功能包括：逻辑控制、过程控制、运动控制和人机界面等，为统一平台；
■允许用户根据系统实施的要求在同一平台上运多个不同功能的应用程序，井根据控制系统的设计要求，在各程序间进行系统资源的分配；
■采用开放的模块化的硬件架构以实现不同功能的自由组合与搭配，减少系统升级带来的开销；
■支持IEC61158现场总线规范，可以实现基于场总线的高度分散性的工厂自动化环境；
■支持事实上的工业以太网标准，可以与工厂的EMS，ERP系统轻易集成；
■对于网络协议、语言等，使用既定事实标准来保证多供应商网络的数据交换。
PAC可执行较多的任务
■实时的振动分析、图像处理．运动控制和CAN；
■执行自动调节的PID控制，或可调增益的PID控制．模糊逻辑；
■使用内置Web服务器、FTP服务器和e-mail功能进行通讯。
PAC应用举例
用PAC结合NIPXI和图形软件LabVIEWRT（实时）实现钢条高精度监控和高可靠闭环控制系统-自动化处理设计方案。.
项目设计
由于金属工业系统需要冷轧钢厂生产出统一厚度的钢条（以钢卷的形式），为此这些轧钢厂需要由对生产的钢条规格进行监控的高可靠闭环控制系统.这就是本PAC应用的设计任务
系统技术要求
该系统能进行高精度监测和控制并以更快的响应时间（比传统PLC）；可保证每周七天、每天24小时连续的高可靠工作，并且大限度地减少人工操作。
系统设计方案
钢条规格的高精度监测
由于NI基于PXI和实时的PAC平台非常适合用于高精度监测，故可利用NI公司的图形软LabVlEWRT（实时）和PXI硬件开发出基于NI可编程自动控制器（PAC）的规格监测和控制系统.用PAC控制系统实时地监测钢片的厚度并以快速而确定的响应时间控制计量仪。
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■先述该PAC控制系统的工作过程：
PAC控制系统有两个轧辊，一个是固定的，另一个可移动，它们和液压气缸相连。可移动轧辊根据输入信号对钢片加压以保证钢片有合适的厚度。
通过对各种可用于这种复杂应用的平台比较，选择了NIPAC平台和图形软件LabVlEWRT（实时）及PXl硬件。利用NI的PAC产品，不仅缩短了开发时间，也为我们的客户降低了成本。
■系统的信号捡测分别用厚度计量仪与位移传感器
该控制系统采用厚度计量仪来测量钢片的厚度，即，它以微米级的精度测量距定位点的偏差并形成模拟信号输入到PXI硬件。根据液压气缸的压力形成模拟电压信号。
位移传感器确定了液压气缸的位置并向控制器提供与金属计量仪（或两轧辊之间间距）相关联的数字输入信号。旋转编码器（TRD-K）固定在转动的升降辊上，它显示钢条被轧出的速度，其示意见图3所示。通过利用各种传感器接收数据，运行于PXI控制器的LabVlEWRT对输入做出响应并生成改变液压压力的输出信号，从而控制钢条的规格。无论是厚度计量仪与位移传感器均可采用光纤传感器来实施。
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图4为PAC用于钢条（或扳材）规格进行监控的高可靠闭环控制系统-自动化处理的设计方案框图.从图中看出该设计方案中选择了气压、位移、厚度传感器及编码器等信号传感捡测部分、图形软件LabVlEWRT（实时）、PXl/CompactPCI多功能高精度采集卡、可编程自动控制器（PAC）。
可靠控制系统的实现-多功能高精度采集、计数器收和数字I/O模块的使用
利用运行LabVlEWRT（实时）的PXI控制来实现控制系统。该PXI系统采用三种不同的模块（见图4所示）。我们使用NIPXI-6070多功能高精度采集卡来完成模拟输入或输出厚度和压力数据。用NIPXI-6608计数器/定时器卡测量编码器的信号并确定轧辊速度（示意与图3相同）；使用NIPXI-6711模拟输出模块控制伺服阀来改变液压气缸的位置，从而控制钢条的规格或厚度.又利用NIPXI-6527工业数字I/O模块（含24条隔离光隔离输入线和24条隔离固态继电器输出线）实现一个常备的按钮式控制扳，来解决实时系统和主机发生连接中断这样意外事故的这一难题.这就是利用PXI和LabVIEW开发出了可靠的控制系统
响应时间的大大缩短
与传统的仪器和PLC相比，我们利用NIPAC平台提高了灵活性，降低了响应时间并改善了产品质量。众所周知对于基于PLC的典型系统，它的控制循环的速率为100到500ms，而使用基于PXI的控制系统，我们把该系统的循环时间降低到10ms，从而提高了我们输出的质量。也利用PXI背板对测量进行同步。后，由于利用了单一的开发环境和灵活的硬件，我们把系统的响应时间降低为六分之一，从而减少了项目所有者的综合成本。
需要说明的是该PAC应用的钢条高精度监控和高可靠闭环控制系统，同样也可适用于板材行业（或建筑行业）
引言
传统的玻璃切割采用手工和简易机械切割方式，在玻璃仅仅用于门窗的时代，上述切割方式已经绰绰有余。随着科技和生活水平的不断提高，玻璃在电子产品、工艺品、装饰品、家庭日用品等领域的应用越来越普及，利用传统方式去切割厚度很厚，面积大，形状复杂，精度要求高的玻璃非常困难，效率很低。传统切割方式在玻璃切割领域中的应用已经走到了尽头，取而代之的佳方式莫过于将数控技术应用到玻璃切割中。下面将详细讨论运动控制卡在异型玻璃切割行业中的应用。
一、数控系统组织结构及控制原理图
采用PC+运动控制卡的简易数控系统，其主要组成及其控制流程图如图1所示：
图1控制流程框图
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通过上述组织结构图不难看出：一个完整的数控系统主要有“执行结构”和“上位控制”两部分组成。“执行机构”主要包括：步进电机，伺服电机，以及由继电器输出控制的交流马达、汽缸、液压缸等，“执行机构”通过机械联结装置将运动传递到刀具或工件，进而实现机械部件的运动；“上位控制”单元主要包括：PC机，运动控制卡，数控应用软件和辅助工具软件。
“上位控制”单元是数控系统的“指挥中心”，“执行机构”的所有动作都受”上位控制“的统一调度，从而确保了各部件协调动作。在“上位控制”对“执行机构”实施控制的过程中，运动控制卡起了关键性的作用，她是PC机和执行机构联系的桥梁，是执行机构的直接控制者，运动控制卡性能的优劣将直接影响整个数控系统的性能。
二、异形玻璃切割系统的系统设计
1.硬件方案
因PLC和其他控制器存在图形处理麻烦、存储容量和内存容量小等缺陷，终采用PC+运动控制卡硬件方案。
运动控制卡是基于PC机各种总线的步进电机或数字式伺服电机的上位控制单元，总线形式也是多种多样，通常使用的是基于ISA总线，PCI总线和PC104总线的。随着PC机的发展，主板上ISA插槽已经越来越少，而PC104总线插槽仅出现在价格昂贵的工控主板上，PCI总线已经成为普通PC机的主流。
综合玻璃切割工艺，加工过程中需要使用到两轴联动、三轴联动、、两轴直线插补、三轴直线插补和自动加减速等功能，选择PCI插槽的ADT8940四轴运动控制卡作为运动控制单元。
2.软件方案
ADT8940运动控制卡具有开放式结构、使用简便、功能丰富、可靠性高等特点，其所有功能都是以库函数形式出现，用户只管调用，无须了解具体的实现方式，可以在短期内，开发出既满足性能要求，又能大幅度降低成本的系统。
在传统数控系统中，通常需要人员手工编辑G代码，或者使用Mastercam等性很强的绘图工具生成G代码，G代码是系统唯一能够识别的加工指令，这对操作人员提出了很高的要求。为了开发出通用性强，的系统，笔者分析了目前比较通用的各种绘图工具，决定在兼容传统的G代码的基础上，增加目前通用性强的DXF文件(AutoCAD)和PLT(AutoCAD、CoreDraw)文件作为切割加工的原始数据，从而解决了客户使用G代码的烦恼。
VC中提供的数据链表模板类，可以很方便地管理数据，加上VC有强大的图形处理功能，可以方便地将数据文件格式转化成图形格式，直观地反映出来。选用VC作为软件开发工具。
3.功能规划及设计要点
·解析功能
系统具有对DXF、PLT、CNC、NC文件的解析功能，从而自动生成加工过程中所需要的数据。解析总体思路采用短直线逼近法来模拟实际轨迹，解析精度可调，用户可以根据实际需要进行设定。
·编辑功能
在玻璃切割中，经常需要批量切割排列规则的方形和圆形工件，如果通过绘图方式很不方便。为了增强系统的通用性和灵活性，系统中增加了方形和圆形工件的排版和编辑功能，以方便的实现方形和圆形工件的切割加工。·回零功能
系统上电启动，每个轴正常需要回零，确保系统找到机械零点，通常用原点接近开关作为原点信号。
·设定起点
在机械零点的基础上，人为设定的加工零点。设定加工起点的目的，主要是为了提高加工效率。
·抬刀功能
在切割加工过程中，如果刀具在工件中旋转较大角度，既会影响刀具的使用寿命，还会在拐角处留下圆角。为避免上述现象的发生，用户可以通过设定抬刀角度，确保刀具旋转角度在超出抬刀角度的情况下，刀具先抬起，旋转，接着下刀进行后续切割。
·变速功能
在加工过程中，如果采用统一速度进行高速切割加工，那么在拐角较大处，就会留下不规则的弧形，影响产品的加工精度。为此，系统增加了拐角减速功能。
·暂停记忆
系统在暂停时，会自动记忆当前的位置，以保证继续加工时，所有运动轴都能准确回到暂停时的位置，确保加工的准确性。
·手动功能
为提高手动调机的灵活性，系统采用了手持盒控制和键盘控制和鼠标控制三种方式来实现各运动轴的移动，还提供了指定坐标移动法，确保各运动轴运动到指定位置。
·IO诊断
该功能主要用于装机调试和故障检测中。机器安装完毕，必须保证所有的输入和输出信号正常后，方可进行加工，否则将会带来安全隐患和加工出现异常的现象。
·保护功能
系统使用了三级保护措施，一级保护采用硬件限位开关，二级保护采用软件限位，三级保护采用了急停关闭所有电机驱动器使能的应急方案，确保了系统加工过程的安全。
三、运动控制卡操作
ADT8940控制卡是基于PCI总线的控制卡，它提供了丰富的运动控制函数，可方便基于XY平台的数控系统、机器人系统、雕刻切割系统、座标测量系统的应用(具体在系统中主要用到了单轴运动、两轴联动、三轴联动、两轴直线插补，三轴直线插补等功能。对于XY两轴插补，只需设置X轴的速度曲线，三轴插补需要设置X轴的速度，Z轴的倍率及驱动速度应与X轴设置相同，Z轴的初始速度也应设为X轴的驱动速度)。
下面简单介绍系统中所用库函数的功能和使用方法。
1.初始化卡常用函数
intadt8940_initial(void)—该函数用于检测运动控制卡和复位运动控制卡，这是调用其他函数的前提。函数返回值为ADT8940运动控制卡的数量，返回值<=0，表示初始化失败。
intset_range(intcardno，intaxis，longvalue)—该函数用于设定倍率，倍率是决定速度，加减速度和加减速度变化率的参数。
intset_pulse_mode(intcardno，intaxis，intvalue，intlogic，intdir_logic)—该函数用于设置输出脉冲的工作方式，运动控制卡提供独立脉冲和双脉冲的工作方式。
intset_command_pos(intcardno，intaxis，longvalue)—该函数用于设定逻辑计数器的值。
intset_actual_pos(intcardno，intaxis，longvalue)—该函数用于设定实位计数器的值。
2.运动控制常用函数
intset_startv(intcardno，intaxis，longvalue)—设定起始速度。
intset_speed(intcardno，intaxis，longvalue)—设定驱动速度。
intset_acc(intcardno，intaxis，longvalue)—设定加速度。
intpmove(intcardno，intaxis，longpulse)—单轴驱动函数，连续向不同轴发送此指令，即可实现多轴联动。
intinp_move2(intcardno，intno，longpulse1，longpluse2)—两轴插补函数，no的取值决定是前两轴还是后两轴插补。
intinp_move3(intcardno，longpulse1，longpluse2，longpulse3)—两轴插补函数。
状态检查函数
intget_status(intcardno，intaxis，int*value)—获取单轴驱动状态，该函数主要用于单轴运动和多轴联动的场合。
intget_inp_stauts(intcardno，intno，int*value)—获取插补驱动状态。
intget_inp_status2(intcardno，intno，int*value)—获取连续插补允许写状态，通过使用该函数可以在当前插补未结束的情况下，插入下一条插补指令，以便保证插补的连续性。
3.参数检查函数
intget_command_pos(intcardno，intaxis，long*value)—获取逻辑计数器的值。
intget_actual_pos(intcardno，intaxis，long*value)—获取实位计数器(通常为编码器和光栅尺)的值。
intget_speed(intcardno，intaxis，long*speed)—获取运动轴的速度
4.开关量操作函数
intread_bit(intcardno，intnumber)—读单个输入点状态。
intwrite_bit(intcardno，intnumber，intvalue)—输出单点。
以上函数的详细说明，请参见ADT850运动控制卡说明书。
5.软件设计
在需要调用运动控制函数的地方，正确调用相应函数，后组合成完整的异形玻璃切割系统。
结语
运动控制卡作为运动控制系统的核心部件，“上位控制”单元的性能决定了整套系统的运动控制功能的强弱。根据不同的应用场合，根据各自的应用条件，为您的运动控制系统选择一款适用的“管家”吧！