[嵌入式]CODESYS Softmotion（一）功能介绍

一、CODESYS Softmotion简介

可编程逻辑控制器负责逻辑控制。P西门子（SIMATIC）、罗克韦尔（Allen-Bradley）、ABB(AC500) 都是PLC；机器人控制器重点在于机器人运动控制，ABB 公司的IRC5、KUKA的KRC4、KEBA伺服控制器、FANUC的RobotR-30iA。

1.1 功能

• POU（Programming Orignization Unit）是符合PLCopen的库，实现单轴和多轴横向协同运动
• 电子凸轮传动
• CNC控制
• 轻松开发多轴运动控制器
• 支持PLCopen Part4标准功能块
• 可通过集成凸轮编辑器对凸轮功能进行图形化规划

2.2 特点

• 运动控制变成独立于总线和驱动器
• 支持多标准驱动器
• CODESYS编程环境中即可配置总线和驱动
• 运动控制功能块POU库
• 集成编辑器中设计电子凸轮
• 支持G代码规划和编辑复杂动作
• PLCopen Motion Part4和轴组编辑器开发多轴机器人控制器
• 库函数集。包括集合数据处理（路径预处理）、样条曲线和CNC刀具位置校正等
• 包含丰富的交换库（用于备份和交换数据用），用以支持不同运动学的工业机器人的开发，例如Delta机器人，Scara机器人，Portal机器人以及龙门式机器人等。
• 支持在线的CAM编辑器和CNC编辑器，机器操作员可以图形化的方式创建和编辑CNC程序

CODESYS将运动控制和逻辑控制合二为一，主要由编程系统和实时系统，形成了Softmotion(CNC)工具包，可以实现单轴运动到复杂CNC、机器人应用。

2.3 内容

1. CODESYS SoftMotion Basic：主站和从站的PLC POU库工具包及CAM编辑器和可视化编程模板
2. CODESYS SoftMotion CNC+ Robotics：除了CODESYS SoftMotion 中一些可用的库外，还包含CNC功能的POU库和运动学交换库和对应可视化模板，还支持PLCopen part4编程，并提供三位CNC编辑器和轴组编辑器

2.4 应用

• 三足机器人：并联运动（转换功能块）；并联可视化；EtherCAT伺服驱动配置。

• 标签机/凸轮应用：支持CAM编辑器；基于PLCopen的功能块；可视化功能；用作主引脚的虚拟轴；CANopen伺服驱动。

• 四轴码垛机器人（四个旋转轴，一个水平夹具装置）。

• 六轴通用机器人（六个旋转轴，末端TCP位姿控制）。

二、如何使用CODESYS SoftMotion?

使用Softmotion首先要解决设备实时性问题。这里我用了CODESY Control for Raspberry Pi SL设置树莓派为实时设备。

在Windows根据不同需求可以选择不同的Runtime：

2.1、CODESYS SoftMotion RTE SL产品

1.1 CODESYS Runtime SL 产品家族介绍

目前支持的主流厂商的硬件产品，让部署在上面的成为实时设备。

RTE极大的提高了实时性，适合进行运动控制，同时RTE还支持了多个现场总线：

还可以选择可选的功能(Single License)：

RTE对硬件和系统有要求，如果你需要硬件功能，那么网卡会有最低要求。

1.2 SoftMotion 基本框架

最左边表示软件层别。最右边是其层别描述：

• CODESYS层，运动设计与配置；
• 用户程序层，规划运动与执行；编写运动程序时，可能需要用到库SM3_Basic SM3_CNC和SM3_Robotics，还有一个非常重要的轴接口AXIS_REF_SM3
• Runtime层，驱动器接口，虚轴、位置闭环，最底下是镜像CANopen等底层总线；

上图中，

• SM3_Basi：所有SoftMotion应用程序基本库，符合PLCopen标准第1、2部分，可以控制单轴或者两个轴（电子凸轮和齿轮）的主动和从动运动。
• SM3_CNC：基于SM3_Basoc库。除了运动学变换功能块外，还提供了轨迹生成、路径预处理和执行所需要的所有POU
• SM3_Robotic：包含PLCopen第四部分有关机器人技术功能块，其中SM_Transformation库包含支持的运动学并转换

SM3_Basic中含有驱动器接口，负责IEC程序与驱动器之间的通信。对于支持的驱动器，CODESYS SoftMotion提供了此驱动器接口的库。

驱动器配置界面：

上图是用户驱动器配置界面，它用来设置驱动器硬件的结构和配置，CODESYS将会创建一个IEC功能块代表驱动器。用户无需任何额外操作就可以以驱动器通信。

上图是CAN编辑器，图形化或者表格形式描述凸轮，之后生成凸轮数据结构和实例，应用程序可以通过POU访问它。

上图是CNC编辑器。文本编辑器或者图形编辑器生成CNC路径。

上图是机器人轴组配置界面。轴组定义了几个机械相关轴之间的关系，使用轴组配置器，可以选择和配置使用的运动学，创建对应的机器人模型。

1.3 PLCopen简介

就和STL于C++一样，接口相同但是不同平台实现不同，CODESYS运动库就是其中的一个比较好的实现。

PLCopen定义轴的状态机：

Synchronized Motion主从齿轮的时候会用上的东西。

下面是Codesys的符合标准实现的功能块：

同时，CODESYS还定义了电机轴接口：AXIS_REF_SM3，用户在界面上进行的操作其实就是在修改AXIS_REF_SM3实例，或者其派生。如。轴的类型、限位、速度曲线类型、动态限制和减速比等。

如设置减速比：