kemotion系统概述

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1、I KeMotion 系统概述 前 言 本次切方前粘胶检测送料中心项目中所选用的大功率机械手控制器为KEBA公司 的 KeMotion r5200 控制器，本文就本人近日所学以 KeMotion r5200 为例对 KeMotion 系统进行简单的介绍。在学习过程中，得到了各位领导、同事的指导，现把自己这部 分所学整理如下。如有不足之处，希望各位领导、同事批评指出。 II 目 录 前言 I 概述 . 1 1、 KeMotion 系统硬件结构 . 2 1.1 CPU. 2 1.2 Ketop 示教器 2 1.3 系统扩展 . 3 1.4 PC . 3 2、 KeMotion 系统软件结构 . 4

2、 2.1 控制器上的软件 . 4 2.2 手持终端上运行的软件 6 2.3 PC 机上的软件 . 6 3、 KeMotion 系统软件开发 . 8 3.1 Robot Control 软件开发 8 3.2 PLC 应用软件开发 . 8 KeMotion 系统概述 1 概述 KeMotion r5000 系列控制器是一套完整的面向多轴运动控制系统软硬件模块化控 制器。硬件包括由 Keba 公司设计的 KeMotion 控制器，以及各种外围模块组成，它们 通过以太网或总线的形式与控制器连接，实现面向各种应用的搭配。软件方面，Keba 公司也提供了一套完整的用户操作、诊断、开发工具等软件工具集。Ke

3、ba 公司提供的 机器人控制系统解决方案的架构可以如下图 0-1 所示。 图0-1 1各种 CPU 控制模块 5可安装的模块化 I/O 系统 2自动化软件开发包 6集成的驱动技术 3固定的操作面板 7外设（如：打印机，u 盘等） 4手持示教器 表0-1 Kemotion 说明书 2 1、 KeMotion 系统硬件结构 Keba 公司的 KeMotion 控制器是一套包含了完整软硬件的运动控制系统。 切方前粘胶检测送料中心大负载机器手所使用的几个主要的模块如下所述： 图 1-1 1.1 CPU CPU 部分是系统的核心目前我们项目中大负载机器手使用的是 KeMotion r5000 系列的 C

4、P252/X CPU 模块（如图 1-1，使用的是基于 Intel x86 嵌入式微处理器） ，其 上运行的是 VxWorks 实时操作系统。控制器带有 CF 卡，OS 和应用软件以及系统的 数据都存在里面。 系统中同时安装了 RC机器人控制系统和软 PLC控制系统两套软件。 它们同时运行，通过共享内存块的方式进行通信。RC 部分负责运动控制，软 PLC 部 分负责电气逻辑和实时外部信号采样处理工作，通过与 RC 通信，还可以扩展成为系 统的主控部分，对运动控制过程进行控制。 1.2 Ketop 示教器 手持终端（KeTop 示教器，图 0-1） ：其上运行的是基于 WinCE 的嵌入式系统，

5、通 过以太网与控制器连接通信，在局域网内有自己的 IP，相当于一个独立的终端，由于 是基于 OS 的所以可以使用路由连接，提供对 TCP 等协议的支持。可以通过手持终端 KeMotion 系统概述 3 连接至控制器控制系统的运动，作为机器人操作手持设备，可以编写终端用户程序， 对机器人示教操作、手动操作，监视运动状态。 1.3 系统扩展 扩展 I/O 模块： 由于 KeMotion 控制系统采用的是模块化的方式构建， 所以可以方 便的外扩 I/O 模块进行功能扩展，提供插槽式的 K-BUS 连接。其中可以扩展支持各种 总线（CAN、Sercos、Profibus）的模块，以及模拟量或者数字量的

6、输入输出模块。 本次项目中的 Kemotion r5200 控制系统的扩展配置如下： CP252/X CPU module； FX 271/A Sercos III interface module, 2 additional Ethernet interfaces 100MBit； DM272/A Digital Input / Output Module； DI 260/A Digital Input Module； DO 272/A Digital Output Module； Compact Flash 1.4 PC 通过以太网和控制器连接在同一局域网内，可以登录到控制器系统内部修改系

7、统 文件；可以模拟手持终端控制控制系统，但在同一时刻只有一个人具有修改终端用户 程序的权限；通过编辑程序的应用程序连接正在运行的控制器，调试、仿真程序；通 过 PC 机上编写的 OPC 客户端连接控制器提供的 OPC 服务器， 读写数据， 实现控制。 KeMotion 控制系统的硬件结构，如控制器，伺服驱动器，IO 模块完全实现了模 块化，各模块之间通过标准的网络或总线进行连接通信，同时提供了可扩展安全控制 器的功能。 Kemotion 说明书 4 2、 KeMotion 系统软件结构 KeMotion 控制系统软件结构如下图 2-1 所示，可以看成三个部分：控制器上运行 的控制系统软件、手持

8、终端上运行的监控、操作、诊断软件和 PC 上运行的编程开发 工具软件和监控、操作、诊断程序。 图2-1 KeMotion 控制系统软件结构 2.1 控制器上的软件 控制系统软件的核心部分是运行在控制器硬件平台（x86 嵌入式微处理器）上一 整套软件。自底向上的看，首先底层的 OS 是 VxWorks 实时操作系统，这为系统的实 时性和可靠性提供了一个基础，同时也为应用软件提供运行环境。 VxWorks 中运行了两套软件，分别是 Robot Control 和 Soft PLC，它们组合在一起 构成了控制系统软件的核心。其中 Robot Control 是负责机器人的运动控制，包括机器 人的轨迹

9、规划和插补操作，而 Soft PLC 则负责外围信号采样、逻辑控制等功能。 RC 和 PLC 两者可以通过共享内存的方式进行数据交换，所以 PLC 可以通过 RC-Interface 对机器人运动控制，这时可以把 PLC 看作是主控制器（软件意义上的） ， KeMotion 系统概述 5 同时 RC 也可以通过与 PLC 的接口了解机器人各个轴的情况， 也可以根据 PLC 计算的 偏差进行坐标系的修正等。 RC 和 PLC 关系它们之间关系如图 2-2 所示。 图2-2 从软件开发的角度，可以把 OS、RC 和 PLC 软件看作是系统的固件，开发者只 需要了解程序与固件的接口，以及各个控制软件

10、之间的接口，这样就可以简化系统的 软件结构。再向上看，就是具体的应用程序了，Robot Program 是运行在 RC（Robot Control）中的程序，PLC 应用程序是运行于 Soft PLC 中的程序。 其中 Robot Program 是机器人运动控制的程序，在 Robot Control 中可以运行使用 KAIRO 编程语言编写的机器人运动控制程序。 KAIRO 语言是 Keba 公司专门为机器人 操作者设计一种编程语言，是一种简单可靠的运动控制语言，利用 KAIRO 语言中的 终端用户指令集，终端用户可以很容易的创建机器人运动控制程序。 KAIRO 编程语言属于终端用户程序语言

11、（end user level language） ，所以程序的语 法较简单，只要有一定的编程基础，基本上可以较快的熟悉。主要的指令包括了基本 的运动指令、设置指令、系统功能、数学函数、流程控制和 I/O 设备读写等。除了流 程控制指令外，其余部分的指令大多是一些基本的功能块。一般来说这些功能指令被 称为“宏(Macro)”，相当于 TeachTalk 中的 Routine，或者可以看成是一个功能块。所以 可见这个指令集是开放的，随时可以通过 TeachTalk 编写相应的 Macro 来扩展。在 PC 上使用 TeachTalk 编程语言在 Keba 提供的开发工具 teachedit 中进

12、行二次开发， 就是所 谓的专家编程。 综上所述，RC 应用程序大体可以看成两层，上层是 End User 程序，是终端用户 编写的程序；下层是 Expert 程序，可以是系统固件中的一些基本指令或者是自己开发 的功能。 Kemotion 说明书 6 另一个 PLC Application 程序，也就是 PLC 的应用程序，主要工作是对外部逻辑 信号的采样、 处理， 并在 PLC 和 RC 之间交换数据。 比如可以用来处理焊接电流信号， 获取跟踪偏差参数给 RC 进行纠偏。此外 PLC 程序还可以通过特定的接口控制 RC 部 分。PLC 部分的工作主要是配置和逻辑控制，配置包括：配置任务、配置

13、I/O、配置 伺服、配置机器人轴参数；逻辑控制程序部分则负责数据的采样计算处理、机器人轴 伺服驱动输入输出控制、 I/O 系统输入输出控制。 PLC 通过和 RC 的配合最终实现完整 的自动搬运晶棒过程控制。 PLC 通过 RC Interface 控制 RC RC 接口中包括了一系列可用服务，这些服务可以通过 RcInterface.lib 和 Rc.lib 调 用。以下是一些服务： 1) Controlling the RC: Loading/unloading and starting/stopping motion programs Jogging Switching the robo

14、t on/off Reading/writing positions 2) Exchange of cyclic process data between RC and PLC: Logic IOs (DI, DO, AI, AO, WI (Word), WO (Word), 32 each Axis position etc. Call of RC interpolator Main Mode Manager Handheld terminal Keba公司的IEC开发环境 KeStudio U3是从通用的CoDeSys开发工具二次开发而 来，可以使用 IEC 61131-3 标准编程语言开

15、发应用程序。 2.2 手持终端上运行的软件 手持终端是一个基于 WinCE 的嵌入式系统， 其中运行的工具软件 TeachView 是一 个监控、操作、诊断机器人运动的软件。操作者可以在手持终端中使用 KAIRO 语言 编写 Robot 程序， 这就是前面所述的运行在 RC 中的机器人控制程序。 通过手持终端， 不但可以运行程序，还可以随时修改程序、监控变量，或者手动操作机器人运动，也 可以进行机器人的示教。 2.3 PC 机上的软件 PC机上的工具软件Teachedit和KeStudio分别为RC程序和PLC程序的编程工具。 Uos 和 Scope 为控制系统监视诊断工具，Uos 显示 Vx

16、Works 的变量信息，Scope 图形 仿真控制系统的运动过程，并能读取在控制器中设定显示的变量，并将其图形图表化 KeMotion 系统概述 7 显示。Teachview 为终端用户操作软件，它不但可以安装在手持终端上，还可以安装 在 PC 上，它们发挥同样的作用，需要注意的是 teachview 与控制器的连接是互斥的， 所以同时只能有一个终端与控制器连接通信。 Kemotion 说明书 8 3、 KeMotion 系统软件开发 Keba 公司为 KeMotion 控制系统提供了一套完整的开发工具，包括 RC 和 PLC 程 序开发的编程环境 teachedit 和 Kestudio， 还有运行于手持设备和 PC 上的 teachview 以 及运行于 PC 端的各种监控、诊断和仿真软件。 3.1 Robot Control 软件开发 在 Robot Control 中运行的程序是机器人的运动控制程序， Robot Control 系统具备 了完整的机器人运动控制功能。RC 和 PLC 之间有 RC-Interface 接口