Kairo

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KeMotion系統概述

前言

本次切方前粘膠檢測送料中心項目中所選用的大功率機械手控制器為KEBA公司

的KeMotionr5200控制器，本文就本人近日所學以KeMotionr5200為例對KeMotion

系統進行簡單的介紹。在學習過程中，得到了各位領導、同事的指導，現把自己這部

分所學整理如下。如有不足之處，希望各位領導、同事批評指出。

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目錄

前言................................................................................................................................I

概述...............................................................................................................................1

1、KeMotion系統硬件結構.......................................................................................2

1.1CPU...............................................................................................................2

1.2Ketop示教器................................................................................................2

1.3系統擴展.......................................................................................................3

1.4PC.................................................................................................................3

2、KeMotion系統軟件結構.......................................................................................4

2.1控制器上的軟件...........................................................................................4

2.2手持終端上運行的軟件................................................................................6

2.3PC機上的軟件.............................................................................................6

3、KeMotion系統軟件開發.......................................................................................8

3.1RobotControl軟件開發................................................................................8

3.2PLC應用軟件開發.......................................................................................8

KeMotion系統概述

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概述

KeMotionr5000系列控制器是一套完整的面向多軸運動控制系統軟硬件模塊化控

制器。硬件包括由Keba公司設計的KeMotion控制器，以及各種外圍模塊組成，它們

通過以太網或總線的形式與控制器連接，實現面向各種應用的搭配。軟件方面，Keba

公司也提供了一套完整的用戶操作、診斷、開發工具等軟件工具集。Keba公司提供的

機器人控制系統解決方案的架構可以如下圖0-1所示。

圖0-1

1…各種CPU控制模塊5…可安裝的模塊化I/O系統

2…自動化軟件開發包6…集成的驅動技術

3…固定的操作面板7…外設（如：打印機，u盤等）

4…手持示教器

表0-1

Kemotion說明書

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1、KeMotion系統硬件結構

Keba公司的KeMotion控制器是一套包含了完整軟硬件的運動控制系統。

切方前粘膠檢測送料中心大負載機器手所使用的幾個主要的模塊如下所述：

圖1-1

1.1CPU

CPU部分是系統的核心目前我們項目中大負載機器手使用的是KeMotionr5000

系列的CP252/XCPU模塊（如圖1-1，使用的是基于Intelx86嵌入式微處理器），其

上運行的是VxWorks實時操作系統?？刂破鲙в蠧F卡，OS和應用軟件以及系統的

數據都存在里面。系統中同時安裝了RC機器人控制系統和軟PLC控制系統兩套軟件。

它們同時運行，通過共享內存塊的方式進行通信。RC部分負責運動控制，軟PLC部

分負責電氣邏輯和實時外部信號采樣處理工作，通過與RC通信，還可以擴展成為系

統的主控部分，對運動控制過程進行控制。

1.2Ketop示教器

手持終端（KeTop示教器，圖0-1）：其上運行的是基于WinCE的嵌入式系統，通

過以太網與控制器連接通信，在局域網內有自己的IP，相當于一個獨立的終端，由于

是基于OS的所以可以使用路由連接，提供對TCP等協議的支持。可以通過手持終端

KeMotion系統概述

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連接至控制器控制系統的運動，作為機器人操作手持設備，可以編寫終端用戶程序，

對機器人示教操作、手動操作，監視運動狀態。

1.3系統擴展

擴展I/O模塊：由于KeMotion控制系統采用的是模塊化的方式構建，所以可以方

便的外擴I/O模塊進行功能擴展，提供插槽式的K-BUS連接。其中可以擴展支持各種

總線（CAN、Sercos、Profibus）的模塊，以及模擬量或者數字量的輸入輸出模塊。

本次項目中的Kemotionr5200控制系統的擴展配置如下：

CP252/XCPUmodule；

FX271/ASercosIIIinterfacemodule,2additionalEthernetinterfaces100MBit；

DM272/ADigitalInput/OutputModule；

DI260/ADigitalInputModule；

DO272/ADigitalOutputModule；

CompactFlash

1.4PC

通過以太網和控制器連接在同一局域網內，可以登錄到控制器系統內部修改系統

文件；可以模擬手持終端控制控制系統，但在同一時刻只有一個人具有修改終端用戶

程序的權限；通過編輯程序的應用程序連接正在運行的控制器，調試、仿真程序；通

過PC機上編寫的OPC客戶端連接控制器提供的OPC服務器，讀寫數據，實現控制。

KeMotion控制系統的硬件結構，如控制器，伺服驅動器，IO模塊完全實現了模

塊化，各模塊之間通過標準的網絡或總線進行連接通信，同時提供了可擴展安全控制

器的功能。

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2、KeMotion系統軟件結構

KeMotion控制系統軟件結構如下圖2-1所示，可以看成三個部分：控制器上運行

的控制系統軟件、手持終端上運行的監控、操作、診斷軟件和PC上運行的編程開發

工具軟件和監控、操作、診斷程序。

圖2-1

KeMotion控制系統軟件結構

2.1控制器上的軟件

控制系統軟件的核心部分是運行在控制器硬件平臺（x86嵌入式微處理器）上一

整套軟件。自底向上的看，首先底層的OS是VxWorks實時操作系統，這為系統的實

時性和可靠性提供了一個基礎，同時也為應用軟件提供運行環境。

VxWorks中運行了兩套軟件，分別是RobotControl和SoftPLC，它們組合在一起

構成了控制系統軟件的核心。其中RobotControl是負責機器人的運動控制，包括機器

人的軌跡規劃和插補操作，而SoftPLC則負責外圍信號采樣、邏輯控制等功能。

RC和PLC兩者可以通過共享內存的方式進行數據交換，所以PLC可以通過

RC-Interface對機器人運動控制，這時可以把PLC看作是主控制器（軟件意義上的），

KeMotion系統概述

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同時RC也可以通過與PLC的接口了解機器人各個軸的情況，也可以根據PLC計算的

偏差進行坐標系的修正等。

RC和PLC關系它們之間關系如圖2-2所示。

圖2-2

從軟件開發的角度，可以把OS、RC和PLC軟件看作是系統的固件，開發者只

需要了解程序與固件的接口，以及各個控制軟件之間的接口，這樣就可以簡化系統的

軟件結構。再向上看，就是具體的應用程序了，RobotProgram是運行在RC（Robot

Control）中的程序，PLC應用程序是運行于SoftPLC中的程序。

其中RobotProgram是機器人運動控制的程序，在RobotControl中可以運行使用

KAIRO編程語言編寫的機器人運動控制程序。KAIRO語言是Keba公司專門為機器人

操作者設計一種編程語言，是一種簡單可靠的運動控制語言，利用KAIRO語言中的

終端用戶指令集，終端用戶可以很容易的創建機器人運動控制程序。

KAIRO編程語言屬于終端用戶程序語言（endurlevellanguage），所以程序的語

法較簡單，只要有一定的編程基礎，基本上可以較快的熟悉。主要的指令包括了基本

的運動指令、設置指令、系統功能、數學函數、流程控制和I/O設備讀寫等。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塊。一般來說這些功能指令被

稱為“宏(Macro)”，相當于TeachTalk中的Routine，或者可以看成是一個功能塊。所以

可見這個指令集是開放的，隨時可以通過TeachTalk編寫相應的Macro來擴展。在PC

上使用TeachTalk編程語言在Keba提供的開發工具teachedit中進行二次開發，就是所

謂的專家編程。

綜上所述，RC應用程序大體可以看成兩層，上層是EndUr程序，是終端用戶

編寫的程序；下層是Expert程序，可以是系統固件中的一些基本指令或者是自己開發

的功能。

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另一個PLCApplication程序，也就是PLC的應用程序，主要工作是對外部邏輯

信號的采樣、處理，并在PLC和RC之間交換數據。比如可以用來處理焊接電流信號，

獲取跟蹤偏差參數給RC進行糾偏。此外PLC程序還可以通過特定的接口控制RC部

分。PLC部分的工作主要是配置和邏輯控制，配置包括：配置任務、配置I/O、配置

伺服、配置機器人軸參數；邏輯控制程序部分則負責數據的采樣計算處理、機器人軸

伺服驅動輸入輸出控制、I/O系統輸入輸出控制。PLC通過和RC的配合最終實現完整

的自動搬運晶棒過程控制。

PLC通過RCInterface控制RC

RC接口中包括了一系列可用服務，這些服務可以通過和調

用。以下是一些服務：

1)ControllingtheRC:

●Loading/unloadingandstarting/stoppingmotionprograms

●Jogging

●Switchingtheroboton/off

●Reading/writingpositions

2)ExchangeofcyclicprocessdatabetweenRCandPLC:

●LogicIOs(DI,DO,AI,AO,WI(Word),WO(Word)),32each

●Axispositionetc.

●CallofRCinterpolator

●MainModeManager

●Handheldterminal

Keba公司的IEC開發環境KeStudioU3是從通用的CoDeSys開發工具二次開發而

來，可以使用IEC61131-3標準編程語言開發應用程序。

2.2手持終端上運行的軟件

手持終端是一個基于WinCE的嵌入式系統，其中運行的工具軟件TeachView是一

個監控、操作、診斷機器人運動的軟件。操作者可以在手持終端中使用KAIRO語言

編寫Robot程序，這就是前面所述的運行在RC中的機器人控制程序。通過手持終端，

不但可以運行程序，還可以隨時修改程序、監控變量，或者手動操作機器人運動，也

可以進行機器人的示教。

2.3PC機上的軟件

PC機上的工具軟件Teachedit和KeStudio分別為RC程序和PLC程序的編程工具。

Uos和Scope為控制系統監視診斷工具，Uos顯示VxWorks的變量信息，Scope圖形

仿真控制系統的運動過程，并能讀取在控制器中設定顯示的變量，并將其圖形圖表化

KeMotion系統概述

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顯示。Teachview為終端用戶操作軟件，它不但可以安裝在手持終端上，還可以安裝

在PC上，它們發揮同樣的作用，需要注意的是teachview與控制器的連接是互斥的，

所以同時只能有一個終端與控制器連接通信。

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3、KeMotion系統軟件開發

Keba公司為KeMotion控制系統提供了一套完整的開發工具，包括RC和PLC程

序開發的編程環境teachedit和Kestudio，還有運行于手持設備和PC上的teachview以

及運行于PC端的各種監控、診斷和仿真軟件。

3.1RobotControl軟件開發

在RobotControl中運行的程序是機器人的運動控制程序，RobotControl系統具備

了完整的機器人運動控制功能。RC和PLC之間有RC-Interface接口庫聯系，所以外

部的PLC程序可以通過RC接口控制RC，從而擁有控制機器人的能力。

一般Robot程序開發可以分為兩個層面，一層是終端用戶級，另一層是專家級。

終端用戶程序是終端用戶運用KAIRO編程語言編寫的應用程序。終端用戶程序可以

在手持終端上編寫，也可以在PC上使用開發工具TeachEdit編寫或者PC上的

TeachView也可以編寫?；緈acro的功能大致可以分成如下幾種：

1)移動機器人到一定的位置，可以使用軸位置或者笛卡爾坐標位置；

2)設置機器人運動動態參數，比如速度、加速度和躍度(jerk)等；

3)路徑重疊參數；

4)設置位置和時間觸發；

5)基本數學函數指令；

6)設置和讀取數字IO；

7)設置和讀取模擬IO；

開發者可以使用TeachTalk編程語言在PC上使用TeachEdit開發工具進行專家編

程，使用TeachTalk語言編寫功能宏（macro）提供給終端用戶使用。

TeachTalk是一種專門為機器人控制發展的一種解釋型編程語言，它是運行在

teachcontrol運行系統上的語言，可以在teachtalk編程系統中創建、測試和啟動

TeachTalk程序，可以認為RC最終解釋執行的就是TeachTalk語言。使用TeachTalk

語言編寫功能macro是二次開發的基本方法，一個macro在TeachTalk中可以看作是

一個Routine。再進一步的具體的開發和程序的說明這里就不細說了，也正在熟悉了解

中。只算是大體上的把握吧。

3.2PLC應用軟件開發

PLC程序的主要工作是邏輯控制、模式管理、軸控制數據的更新、I/O系統的控

制等。此外還有機器人的配置，配置的內容包括任務配置和PLC配置，任務配置可以

看成是系統的主要工作，因為任務可以看作PLC程序的主體結構，其他的功能塊和函

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數都是因為任務中需要所以才存在。而PLC配置又包括I/O配置和機器人配置，這些

配置主要是配置運動控制的對象和建立I/O對象，這些配置工作可以在KeStudio的中

圖形化的設置。

KeMoiton控制系統中的SoftPLC遵從IEC61131-3標準，所以可以使用IEC

61131-3中規定幾種標準編程語言編寫PLC應用程序。Keba公司提供了PLC開發工

具KeStudio，這是一款基于CoDeSys開發的PLC編程工具。同時Keba公司提供了一

些標準的庫文件，還有，，等與機器人控制相關的庫文件，其

中Mc庫中的功能塊(functionblock)采用的是PLCopen組織提供的標準運動控制功能

塊，但是同時也根據應用對其進行了一定的擴展。所以整套系統的標準性和可移植性

還是不錯的。

Keba提供的IEC編程模板，通過模仿模板可以了解啟動RobotControl所必須的

函數，使得編程者通過PLC部分更加容易的啟動RobotControl。因而可以看成是提供

了一種編程框架，編程者可以在其中添加和擴展功能和函數。