《制造業中的機器人、自動化和系統內建》—— 3.7 系統控制

自動化系統的系統控制可以提供許多關鍵的功能：

單元或系統的元件的總體控制，確定它們都按計劃和正确的順序運作。

給更高層次的控制系統（比如，工廠範圍的制造執行系統（mes））的負責人和操作員提供有關工作單元或系統的資料。

維修方面的幫助，當故障情形或錯誤資訊産生時，為人們提供識别和修複故障的指導。

總體的安全功能，保證元件或系統以安全的方式運作和維修。

為了提供這種類型的控制，20世紀60年代末發明了第一個可程式設計邏輯控制器（plc）。在發明plc之前，這種功能由大量的繼電器來實作，往往很複雜，而且難以維修，難以适應系統更新。plc使用軟體提供了同樣的功能，而沒有使用大量的繼電器構成的硬邏輯。其程式不僅具有了繼電器的功能，而且使用了更易于了解和使用的梯形圖來程式設計。

plc用來提供總體系統控制，它們的性能和程式設計也得到了長足的進步。如今，plc涵蓋的範圍從隻有幾個數字輸入/輸出（i/o）的微單元，到可以處理數以百計i/o、模拟輸入/輸出和更進階網絡接口（如現場總線和以太網）的大裝置。

典型66的機器人系統可能由plc來提供總體控制。這也包括人機界面（hmi），它為操作人員、維護人員和其他人員提供資訊。典型的hmi包括一個顯示屏，用于圖形展示單元/裝置的工作狀态以及生産過程資訊。它還包括檢查系統、發現故障和調整重要流程和工藝參數等功能。hmi也可以提供總體控制，包括開始、停止、複位等功能。

在較小的機器人系統中，機器人也能提供同樣的功能。是以plc也許就不需要了。這是一個更低廉的方案，但由于它需要使用者具備使用機器人系統的能力，這就會更複雜，是以這個方案并不經常使用。由于使用者具有使用plc的經驗，是以他們感覺使用plc更舒服。是以經常包含plc來保持機器人、機器人程式與總體控制之間的分界線。在更大的系統中，例如多台機器人，plc更多地用來提供總體控制，而不是依賴系統中其他部分的控制。

在最底層，各種裝置通過數字i/o與plc相連接配接。傳感器經常位于整個系統中，用于檢查操作順序，保證進行下一步操作前前一步已經執行完畢。這些傳感器可能位于輸送機上保證各工件就位；或位于夾具上保證正确地裝載各個工件；或位于抓手内來檢驗被拾取和放下的工件。機器人還會在适當的時間向plc提供信号，表明自己進行到了程式中的哪一步，同時在移動到下一步前等待來自plc的信号。

另外，也可遠端安裝i/o子產品，比如将它們安裝在遠離主機裝置、plc或機器人控制器的地方。例如，i/o子產品可能安裝在夾具上，以便連接配接所有的傳感器和夾具上的驅動件。這些連接配接也許是通過單獨的電線實作的。然後，i/o子產品傳給主裝置的信号就可能通過單獨的電線傳輸。是以減少了夾具與主裝置之間的連線。這可以降低成本，尤其是在距離很長的情況下，但也會提升系統的可靠性，并易于維護和維修。

使用離散i/o會在系統中引入大量的信号。機器人和plc都裝有處理16位輸入和16位輸出的i/o子產品。67如果需要的信号量很大，這會導緻機器人和plc中的i/o子產品數量劇增，而可安裝的i/o子產品數量是有限的。擁有大量i/o的系統需要昂貴的安裝費用和複雜的維修。為了緩解這個難題，人們開發了網絡，為裝置之間的接口定義标準，以保證不同裝置之間的相容性。最早的工業網絡是制造自動化協定（map），最初于1982年由通用汽車公司提出。從那時起，人們定義和使用了各種網絡，包括現場總線和以太網。遺憾的是，還存在一些挑戰，plc的主要供應商想應用一種特定版本的網絡來降低其産品與其競争對手之間的相容性。

網絡已經變為多層。例如，典型的三層網絡包括：

裝置網——一個将低級裝置直接與工廠的控制器相連并消除與輸入/輸出子產品硬接線的總線系統。

控制網——一個用來連接配接自動化系統内或工廠中的房間中的各種機器的進階網絡。這可能包括機器人、機床、人機界面（hmi）和可程式設計邏輯控制器（plc）。

以太網——一個在plc、監控與資料采集系統（scada）以及工廠mes之間快速交換大量資料的标準資訊網絡。這将為工廠提供自動化系統的整體通信和運作。

每一層都遵從一定的标準，其産品也滿足這些标準。是以，選擇合适的産品并将其置于網絡中以判斷它們是否正确運作成為可能。

控制系統同樣用于安全電路的監控與維護，這将在下一節中詳細讨論。總之，控制系統為自動化系統提供整體控制，同時為操作人員和維護人員提供通路功能。是以，它是系統的關鍵要素。系統配置尤其是軟體經常是定制的，因為每個應用和客戶的需求通常都是不一樣的。是以，符合邏輯的設計、完整的注釋和文檔，讓其他人能夠了解如何檢查系統和糾正錯誤，這些都是很重要的。現在許多公司将标準方法應用于軟體的建立中，使得其他人以後可以更容易地了解和修改代碼。