整合可程式邏輯控制與機器視覺的PLCopen開發平台

以作者查詢圖書館館藏

、以作者查詢臺灣博碩士

、以作者查詢全國書目

、勘誤回報

、線上人數：121

、訪客IP：18.223.239.250

姓名

鄭喬文(Chiao-Wen Cheng) 查詢紙本館藏

畢業系所

資訊工程學系在職專班

論文名稱

整合可程式邏輯控制與機器視覺的PLCopen開發平台
(A PLCopen Development Platform Integrating a Programmable Logic Controller and Machine Vision)

相關論文

★ 整合GRAFCET虛擬機器的智慧型控制器開發平台	★ 分散式工業電子看板網路系統設計與實作
★ 設計與實作一個基於雙攝影機視覺系統的雙點觸控螢幕	★ 智慧型機器人的嵌入式計算平台
★ 一個即時移動物偵測與追蹤的嵌入式系統	★ 一個固態硬碟的多處理器架構與分散式控制演算法
★ 基於立體視覺手勢辨識的人機互動系統	★ 整合仿生智慧行為控制的機器人系統晶片設計
★ 嵌入式無線影像感測網路的設計與實作	★ 以雙核心處理器為基礎之車牌辨識系統
★ 基於立體視覺的連續三維手勢辨識	★ 微型、超低功耗無線感測網路控制器設計與硬體實作
★ 串流影像之即時人臉偵測、追蹤與辨識─嵌入式系統設計	★ 一個快速立體視覺系統的嵌入式硬體設計
★ 即時連續影像接合系統設計與實作	★ 基於雙核心平台的嵌入式步態辨識系統

檔案

[Endnote RIS 格式]

[Bibtex 格式]

[相關文章]

[文章引用]

[完整記錄]

[館藏目錄]

[檢視]

[下載]

本電子論文使用權限為同意立即開放。
已達開放權限電子全文僅授權使用者為學術研究之目的，進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。
請遵守中華民國著作權法之相關規定，切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送，以免觸法。

摘要(中)

在智慧製造的潮流下，工業控制結合機器視覺成為必然的趨勢，傳統的整合方案不僅耗時、高成本、開發和佈署困難。為了解決此問題，本研究基於開源軟體Beremiz的PLCopen編輯器，進一步整合了可程式邏輯控制與機器視覺的函式庫在單一編輯器，並且研發一個可程式邏輯控制與一個機器視覺模擬器，使用編輯器所輸出的XML格式的PLC程式，透過XML解析器分析執行功能和流程，得以容易地進行邏輯控制和視覺分析的功能模擬。一旦驗證成功，再將解析器轉譯的GVM編碼表，傳送至內建PLCopen執行引擎的GVM控制器，即可於工作現場執行PLCopen程式，完成系統快速佈署。我們以一個視覺導引機械手臂的控制系統(Vision-Guided Robot Arm, VGRA)設計來驗證此一平台。目標系統是六軸機械手臂結合視覺感測器，機器視覺用於偵測和辨識物件，機械手臂則負責夾取和放置物件。藉由本研究所設計的PLCopen開發平台，可有效進行邏輯控制與機器視覺的整合編輯，接著模擬系統流程及功能，最後快速佈署控制器，完成應用系統開發。

摘要(英)

The combination of industrial control and machine vision has become an inevitability in the era of intelligent manufacturing. Traditional integration schemes are time consuming and costly, as well as difficult to develop and deploy. To solve this problem, the present study integrated a programmable logic controller (PLC) and a machine vision library in a single editor according to the PLCopen editor of Beremiz, a set of open-source software. We also developed a PLC and a machine vision simulator, which uses the PLC program in the XML format as it is output by the editor, to analyze the executive functions and related processes through an XML parser. This can facilitate simulation of the functions of logic control and visual analysis. Once the verification is complete, the Grafcet virtual machine (GVM) code table translated by the parser is transferred to the GVM controller of the built-in PLCopen execution engine, which executes the PLCopen program in the field, completing the system’s rapid deployment. We validated this platform with a vision-guided robot arm design. The target system is a six-axis robot arm with a visual sensor, which is used to detect and identify objects; the robotic arm is responsible for gripping and placing objects. The proposed PLCopen development platform enables integrated editing of logic control and machine vision and simulation of the system flow and functions. The controller can be quickly deployed to complete the development of an application system.

關鍵字(中)

★ 可程式邏輯控制
★ 機器視覺
★ PLCopen
★ XML

關鍵字(英)

★ programmable logic controller
★ machine vision
★ PLCopen
★ XML

論文目次

摘要 i
Abstract ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 x
第一章、緒論 1
1.1研究背景與動機 1
1.2研究目的 3
1.3論文架構 4
第二章、相關技術回顧 5
2.1運動控制 5
2.1.1簡介 5
2.2邏輯控制(程序控制) 7
2.2.1 PLC內部運作方式 7
2.3機器視覺 9
2.3.1機器視覺原理 10
2.4 Grafcet虛擬機器 10
2.4.1基本原理 11
2.4.2虛擬平台軟體架構 13
2.4.3參數表 14
2.5 PLCopen 17
2.6 PLCopen編輯器 21
2.7 XML可延伸標記式語言 23
2.7.1簡介 23
2.7.2解析方法 24
第三章、整合開發平台設計 29
3.1系統架構與流程 29
3.2控制/視覺整合編輯器 30
3.2.1 ActionBlock編輯功能模組 31
3.2.2圖形繪製功能模組 33
3.2.3圖形轉換XML功能模組 34
3.3 XML解析器 36
3.3.1 XML解析 36
3.3.2 Grafcet資訊整合 37
3.3.3參數表編碼功能模組 38
3.4模擬器 38
3.4.1圖形介面生成 39
3.4.2邏輯控制模擬器 41
3.4.3機器視覺模擬器模組 48
第四章、視覺導引機械手臂控制系統開發 54
4.1開發環境 54
4.1.1開發平台 55
4.1.2嵌入式開發板 55
4.1.3機械手臂 58
4.1.4機器視覺模組 60
4.2視覺導引機械手臂(VGRA)規格描述 61
4.3使用PLCopen編輯器設計VGRA控制器 62
4.4使用解析器分析VGRA離散事件模型 64
4.5 VGRA系統模擬 65
4.5.1 VGRA邏輯控制模擬 66
4.5.2 VGRA機器視覺模擬 68
4.6討論 70
第五章、結論與未來方向 72
5.1結論 72
5.2未來方向 73
參考文獻 74
附錄 77
附錄、機器視覺函式庫 77

參考文獻

[1] H. Lasi, P. Fettke, H. Kemper, T. Feld and M. Hoffmann, "Industrie 4.0", WIRTSCHAFTSINFORMATIK, vol. 56, no. 4, pp. 261-264, 2014. [2] D. Hanssen and D. Lufkin, Programmable Logic Controllers: A Practical Approach to IEC 61131-3 using CoDeSys. New Jersey: John Wiley & Sons, 2015. [3] W. Bolton, Programmable Logic Controllers, 6th ed. Amsterdam: Newnes, 2015. [4] E. Estevez, M. Marcos, N. Iriondo, D. Orive, F. Lopez, E. Irisarri, "A graphical modeling tool for generating IEC 61131-3 automationapplications", 2007 European Control Conference (ECC), pp. 2513-2518, 2007. [5] R. Ramanathan, "The IEC 61131-3 programming languages features for industrial control systems", 2014 World Automation Congress (WAC), pp. 598-603, 2014. [6] "PLCopen Editor", Beremiz. [Online]. Available: http://www.beremiz.org/. [7] "PLCopen for efficiency in automation", Plcopen. [Online]. Available: http://www.plcopen.org/. [8] T. Ovatman, A. Aral, D. Polat and A. Ünver, "An overview of model checking practices on verification of PLC software", Software & Systems Modeling, vol. 15, no. 4, pp. 937-960, 2014. [9] G. Di Leo, C. Liguori, A. Pietrosanto and P. Sommella, "A vision system for the online quality monitoring of industrial manufacturing", Optics and Lasers in Engineering, vol. 89, pp. 162-168, 2017. [10] "EtherCAT Soft PLC", KINGSTAR. [Online]. Available: https://kingstar.com/tw/. [11] 鍾頤安 , "PLCopen XML解析器設計及其在機械手臂控制應用解析器設計及其在機械手臂控制應用 ", 資訊工程所 , 國立中央大學 , 2017.
75
[12] 卓卿安 , " 智慧聯網應用的即時嵌入式系統虛擬機器設計智慧聯網應用的即時嵌入式系統虛擬機器設計 ", 資訊工程所 , 國立中央大學 , 2013. [13] F. Schumacher, S. Schrock and A. Fay, "Tool support for an automatic transformation of GRAFCET specifications into IEC 61131-3 control code", 2013 IEEE 18th Conference on Emerging Technologies & Factory Automation (ETFA), pp. 1-3, 2013. [14] "運動控制 ", wikipedia. [Online]. Available: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%81%8B%E5%8B%95%E6%8E%A7%E5%88%B6. [15] F. Harashima, "Recent advances of mechatronics", Proceedings of IEEE International Symposium on Industrial Electronics, vol. 1, pp. 1-4, 1996. [16] "可編程邏輯控制器可編程邏輯控制器 ", wikipedia. [Online]. Available: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%AF%E7%BC%96%E7%A8%8B%E9%80%BB%E8%BE%91%E6%8E%A7%E5%88%B6%E5%99%A8. [17] K. Erickson, "Programmable logic controllers", IEEE Potentials, vol. 15, no. 1, pp. 14-17, 1996. [18] "機器視覺 ", wikipedia. [Online]. Available: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%9C%BA%E5%99%A8%E8%A7%86%E8%A7%89. [19] E. Malamas, E. Petrakis, M. Zervakis, L. Petit and J. Legat, "A survey on industrial vision systems, applications and tools", Image and Vision Computing, vol. 21, no. 2, pp. 171-188, 2003. [20] C. Chen, M. Lin and X. Guo, "High-level modeling and synthesis of smart sensor networks for Industrial Internet of Things", Computers & Electrical Engineering, vol. 61, pp. 48-66, 2017. [21] E. van der Wal, "Introduction into IEC 1131-3 and PLCopen", IEE Colloquium on Application of IEC 61131 to Industrial Control: Improve Your Bottom Line through High Value Industrial Control Systems, pp. 2/1 - 2/8, 1999.
76
[22] "XML", wikipedia. [Online]. Available: https://zh.wikipedia.org/wiki/XML. [23] "PyCharm: Python IDE for Professional Developers by JetBrains", JetBrains. [Online]. Available: https://www.jetbrains.com/pycharm/. [24] "STM32F767ZI - High-performance and DSP with FPU, ARM Cortex-M7 MCU with 2 Mbytes Flash, 216 MHz CPU, Art Accelerator, L1 cache, SDRAM, TFT, JPEG codec, DFSDM - STMicroelectronics", St. [Online]. Available: http://www.st.com/content/st_com/en/products/microcontrollers/stm32-32-bit-arm-cortex-mcus/stm32-high-performance-mcus/stm32f7-series/stm32f7x7/stm32f767zi.html. [25] "六軸機械手臂開發套件六軸機械手臂開發套件 ", 樂幻索爾科技有限公司官方網站 . [Online]. Available: http://www.lobot-robot.com/a/chanpinzhanshi/bijibendiannao/35.html. [26] "LDX-335MG直流伺服馬達直流伺服馬達 ", 樂幻索爾科技有限公司官方網站 . [Online]. Available: http://www.lobot-robot.com/a/chanpinzhanshi/sanxingshouji/27.html. [27] "LD-20MG直流伺服馬達直流伺服馬達 ", 樂幻索爾科技有限公司官方網站 . [Online]. Available: http://www.lobot-robot.com/a/chanpinzhanshi/sanxingshouji/63.html. [28] "LD-1501MG直流伺服馬達直流伺服馬達 ", 樂幻索爾科技有限公司官方網站 . [Online]. Available: http://www.lobot-robot.com/a/chanpinzhanshi/sanxingshouji/28.html.

指導教授

陳慶瀚(Ching-Han Chen)

審核日期

2017-11-1

推文