模块化是一种思想方法, 它广泛应用于机械、电子和计算机等行业。目前对模块化还没有一个统一的定义, 一般可以理解为:统筹考虑产品系统, 把其中含有相同或相似的功能单元分离出来, 用标准化原理进行统一、归并、简化, 以通用单元的形式独立存在, 这就是模块;然后用不同的模块组合成新产品, 这就是模块化。模块化技术主要包含两个方面的内容, 一是模块的合理分解;二是模块的有效组合。
对于模块化机器人系统的设计而言, 同样包含模块划分和模块组合两方面的内容, 模块划分即是以现有机器人系统的体系结构分析为基础, 划分出功能相似的单元结构, 并规范化其结构形式和接口方式, 形成标准化的模块单元;模块组合则是以标准化功能模块为基础, 按照具体要求对模块进行选择和组合, 并加以必要的修正, 形成特定的机器人系统。因此, 模块划分是模块化机器人设计的基础, 必须根据各单元的具体功能划分出合理的功能模块, 才能进行高效的模块化机器人系统设计。
高空作业车是用来运送工作人员和工作装备到指定高度进行作业的特种车辆, 是将高空作业装置安装在汽车底盘上组成的。高空作业车一般设有变幅机构、回转机构、平衡机构和行走机构, 这些工作机构是为实现高空作业车不同的运动要求而设置的。而高空作业车控制系统则是用来解决各机构怎样运动的问题。
由于高空作业车控制系统必须以高空作业车机构为依托, 其各机构单元中所含的控制器模块应具有相对的独立性, 能实现机构模块所设定的控制功能, 因此在每个机构模块中都应该有一个具有一定控制能力的控制器, 这样, 以高空作业车机构的模块化划分为依据, 高空作业车控制系统就被顺理成章地划分成了实现不同功能的大模块, 即控制子系统。这些子系统包括:支腿控制、转台控制、臂架控制、工作斗控制等。而在每个控制子系统功能模块内部, 又可以根据各单元的功能情况进一步划分为多个功能子模块。高空作业车控制系统包含的子模块主要有:支腿灯控、支腿自动调平、上下车互锁、转台控制、臂架自动展开收回、工作斗自动调平称重、幅度限制、传感器子模块等。这些子模块通过CAN总线进行信息交互, 实现系统的控制功能。
本文提到的Codesys软件是一种功能强大的PLC软件编程工具, 该软件包括有IL、ST、FBD、LD、SFC等PLC编程语言, 用户可在同一项目中根据需要选择不同的语言编写子程序、功能模块等。其中, 功能模块图程序设计语言 (FBD) 是一种模块化编程语言。其方法是根据控制要求把PLC编程需要完成的控制任务划分为几个较小功能块, 然后对每个功能块分别进行编程。这完全符合高空作业车控制系统的模块化思想。因此, 我们可以采用FBD语言编写功能块来实现高空作业车的控制系统模块化设计。
功能块的开发是高空作业车控制系统模块化设计的重要基础。下面我们通过高空作业车工作斗称重调平控制功能块的开发实例简要介绍一下基于Codesys软件的高空作业车控制系统的功能块编程实现过程。
工作斗称重调平控制集成了平台自动调平与称重功能于一体。自动调平系统自动检测工作平台偏离水平面的角度驱动开关电磁阀或输出PWM信号驱动比例阀在相应的方向动作, 调整平台水平, 保持工作平台始终处于水平状态。对于称重功能来说, 当平台载重超过总载重量的90%时, 则产生超载报警信号, 当平台载重达到总载重量的100%时限制所有动作。
图1是工作斗称重调平控制功能块的输入输出形式, 该功能块可以完成工作斗平台的称重与调平控制功能。
功能块左边为双通道称重、角度传感器的信号输入, 右边的输出为平台的倾角以及载重量。当平台载重量超过总载重量的90%时, 则产生超载报警信号。
功能模块图程序设计语言 (FBD) 是Codesys软件的模块化编程语言。其方法是根据控制要求把PLC编程需要完成的控制任务划分为几个较小功能块, 然后对每个功能块分别进行编程。这完全符合高空作业车控制系统的模块化思想。因此, 我们可以采用FBD语言编写功能块来实现高空作业车的控制系统模块化设计。本文通过实例介绍了基于Codesys软件的高空作业车控制系统的模块化编程实现。模块化编程方法使我们进行现场在线调试时, 通过对每个模块的监视, 可以及时发现存在的问题, 能够方便地进行修改, 大大缩短投运的时间。当控制要求增加时, 在程序中加入新增模块即可, 这有利于整个控制系统的调试和开发。所以高空作业车控制系统的模块化编程设计具有深远的现实意义。
摘要：高空作业车控制系统的模块化设计是机器人模块化的具体实例。功能模块图程序设计语言 (FBD) 是Codesys软件的模块化编程语言。这一语言完全符合高空作业车控制系统的模块化设计思想。本文通过实例简要介绍了基于Codesys软件的高空作业车控制系统的模块化编程实现过程。
关键词：高空作业车,机器人,控制系统,模块化,功能块
[1] 刘明尧, 谈大龙, 李斌.可重构模块化机器人现状和发展[J].机器人, 2001, 23 (3) :275-279.
[2] 陈航, 殷国富, 赵伟, 等.工业机器人模块化设计研究[J].机器人技术, 2009, 36 (3) :56-58.
[3] 林小峰, 宋春宁, 宋绍剑, 等.基于IEC61131-3标准的控制系统及应用[M].北京:电子工业出版社, 2007.
[4] 彭瑜, 何衍庆.IEC61131-3编程语言及应用基础[M].北京:机械工业出版社, 2009.
推荐阅读：
浅谈基于.NET的高校教材管理系统的分析与设计论文09-23
基于微信平台的软件开发可行性分析报告07-11
基于Matpower的电力系统潮流计算06-28
基于zigbee的课程设计06-15
基于arcgis的课程设计07-11
