结构化文本编程在运动控制系统中的应用

李宏宇，元 慎

(威海博斯特自动化技术有限公司，山东 威海264200)

当今的机械制造领域要求运动控制系统具有更多轴数、更高的精度、更快的速度、更复杂的运动轨迹、更可靠的同步性等能力，因此对于系统的程序设计也提出了更高的要求。

机械设备除具有零点标定、单轴点动、绝对定位、相对定位、自动运行、急停等基本工作方式以外，还会有例如工具夹紧、钻孔、厚度测量等辅助动作以及温度、压力控制等工艺控制。动作越复杂，运动控制就越复杂，各种工作模式转换的编程时往往会顾此失彼，程序的可读性及维护性都会受打折扣。

结构化文本(Structured Text)语言是IEC61131－3国际标准编程语言的一种高级语言。它是一种专门为工业控制应用开发的编程语言，具有很强的编程能力用于对变量赋值、回调功能和功能块、创建表达式、编写条件语句和迭代程序等。使开发人员在很短的时间内，经济地为自动化任务提供“公式化”的解决方案。

1 系统构成

本文以简单搬运机械手系统的基本动作控制为实例，展示了结构化文本语言编程的优越性。运动系统采用了西门子公司提供的SIMOTION D425系统。SIMOTION将运动控制功能与大多数机器中所具有的即PLC功能和工艺控制功能结合在一起。通过这一方法可以在一个系统内同时实现轴的运动控制和机器逻辑控制，同时也节省了各个控制部件之间的数据传输时间，便于对整个机器进行统一和透明的编程和诊断。SIMOTION的工程软件SCOUT提供了MCC(Motion Control Chart)、LAD/FBD(Ladder Logic/Function Block Diagram)以及ST(Structured Text)三种编程语言环境。

2 系统设计

首先在SCOUT平台上进行SIMOTION项目建立、硬件组态、SINAMICS驱动器配置和SIMOTION位置轴配置，上述完成后进行程序编写工作。

2.1 程序流程

根据控制要求分析，系统应具备如下功能:

(1)第一次上电时要执行数据初始化;

(2)将所有运动轴使能;

(3)判断每个轴零点是否标定，本文设计的系统采用绝对值编码器计数，仅在第一次使用系统或机械部分发生改变时需进行零点标定;

(4)通过点动试运行调整系统性能;

(5)通过点动对某一工艺示教;

(6)按照工艺配方自动运行，运行过程中有暂停和恢复功能;

(7)给出急停指令或系统出现故障时要立即停止运行;

根据工艺要求，设计程序流程如图1。

图1 程序流程图

2.2 编写程序

3 结语

通过上述实例可以看到，结构化文本简单的标准结构，结构化的编程思想，快速高效的编程能力使复杂运动控制系统的程序设计变得更加高效并易读易懂，特别是用有实际意义的标识符、批注来注释程序，更增加了程序的可维护性和团队协作性。目前绝大多数厂家的PLC和集成PLC功能的运动控制器都能支持结构化文本语言的编程。

［1］崔坚.西门子S7可编程控制器:STEP7编程指南［M］.北京:机械工业出版社，2009，12.

［2］王薇.深入深出西门子运动控制器:SIMOTION实用手册［M］.北京:机械工业出版社，2013.

［3］韩美卿.郑明.杨娟娟.熊伟.PLC结构化文本编程系统的设计与实现［J］.仪器仪表用户，2010(1).