基于Codesys軟件的高空作業車控制系統的模塊化設計

摘 要：高空作業車控制系統的模塊化設計是機器人模塊化的具體實例。功能模塊圖程序設計語言（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車控制系統的模塊化設計思想。本文通過實例簡要介紹了基于Codesys軟件的高空作業車控制系統的模塊化編程實現過程。

關鍵詞：高空作業車 機器人 控制系統 模塊化 功能塊

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

1 模塊化的思想及技術

模塊化是一種思想方法，它廣泛應用于機械、電子和計算機等行業。目前對模塊化還沒有一個統一的定義，一般可以理解為：統籌考慮產品系統，把其中含有相同或相似的功能單元分離出來，用標準化原理進行統一、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品，這就是模塊化。模塊化技術主要包含兩個方面的內容，一是模塊的合理分解；二是模塊的有效組合。

對于模塊化機器人系統的設計而言，同樣包含模塊劃分和模塊組合兩方面的內容，模塊劃分即是以現有機器人系統的體系結構分析為基礎，劃分出功能相似的單元結構，并規范化其結構形式和接口方式，形成標準化的模塊單元；模塊組合則是以標準化功能模塊為基礎，按照具體要求對模塊進行選擇和組合，并加以必要的修正，形成特定的機器人系統。因此，模塊劃分是模塊化機器人設計的基礎，必須根據各單元的具體功能劃分出合理的功能模塊，才能進行高效的模塊化機器人系統設計。

2 高空作業車控制系統的模塊化

高空作業車是用來運送工作人員和工作裝備到指定高度進行作業的特種車輛，是將高空作業裝置安裝在汽車底盤上組成的。高空作業車一般設有變幅機構、回轉機構、平衡機構和行走機構，這些工作機構是為實現高空作業車不同的運動要求而設置的。而高空作業車控制系統則是用來解決各機構怎樣運動的問題。

由于高空作業車控制系統必須以高空作業車機構為依托，其各機構單元中所含的控制器模塊應具有相對的獨立性，能實現機構模塊所設定的控制功能，因此在每個機構模塊中都應該有一個具有一定控制能力的控制器，這樣，以高空作業車機構的模塊化劃分為依據，高空作業車控制系統就被順理成章地劃分成了實現不同功能的大模塊，即控制子系統。這些子系統包括：支腿控制、轉臺控制、臂架控制、工作斗控制等。而在每個控制子系統功能模塊內部，又可以根據各單元的功能情況進一步劃分為多個功能子模塊。高空作業車控制系統包含的子模塊主要有：支腿燈控、支腿自動調平、上下車互鎖、轉臺控制、臂架自動展開收回、工作斗自動調平稱重、幅度限制、傳感器子模塊等。這些子模塊通過CAN總線進行信息交互，實現系統的控制功能。

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，功能模塊圖程序設計語言（FBD）是一種模塊化編程語言。其方法是根據控制要求把PLC編程需要完成的控制任務劃分為幾個較小功能塊，然后對每個功能塊分別進行編程。這完全符合高空作業車控制系統的模塊化思想。因此，我們可以采用FBD語言編寫功能塊來實現高空作業車的控制系統模塊化設計。

4 采用Codesys軟件對高空作業車控制系統進行模塊化設計的實例

功能塊的開發是高空作業車控制系統模塊化設計的重要基礎。下面我們通過高空作業車工作斗稱重調平控制功能塊的開發實例簡要介紹一下基于Codesys軟件的高空作業車控制系統的功能塊編程實現過程。

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

圖1是工作斗稱重調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。當平臺載重量超過總載重量的90%時，則產生超載報警信號。

5 結語

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

參考文獻

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