HAL-Einführung

Der Maschinenbauer muss sich nicht darum kümmern, wie jedes einzelne Teil funktioniert. Er behandelt sie als Blackboxen. In der Konstruktionsphase entscheidet er, welche Teile er verwenden will - Stepper oder Servos, welche Marke von Servoverstärker, welche Art von Endschaltern und wie viele, usw. Die Entscheidung des Integrators, welche Komponenten er verwendet, basiert auf der Funktion der jeweiligen Komponente und den vom Hersteller des Geräts angegebenen Spezifikationen. Die Größe eines Motors und die Last, die er antreiben muss, beeinflussen die Wahl des Verstärkers, der für den Betrieb benötigt wird. Die Wahl des Verstärkers kann sich auf die Art der Rückkopplung auswirken, die der Verstärker benötigt, sowie auf die Geschwindigkeits- oder Positionssignale, die von einer Steuerung an den Verstärker gesendet werden müssen.

In der HAL-Welt muss der Integrator entscheiden, welche HAL-Komponenten benötigt werden. In der Regel wird für jede Schnittstellenkarte ein Treiber benötigt. Zusätzliche Komponenten können für die Software-Generierung von Schrittimpulsen, SPS-Funktionen und eine Vielzahl anderer Aufgaben erforderlich sein.

Der Konstrukteur eines Hardwaresystems wählt nicht nur die Teile aus, er entscheidet auch, wie diese Teile miteinander verbunden werden. Jeder schwarze Kasten hat Anschlüsse, vielleicht nur zwei für einen einfachen Schalter oder Dutzende für einen Servoantrieb oder eine SPS. Sie müssen miteinander verdrahtet werden. Die Motoren werden mit den Servoverstärkern verbunden, die Endschalter mit der Steuerung und so weiter. Während der Maschinenbauer an der Konstruktion arbeitet, erstellt er einen großen Verdrahtungsplan, der zeigt, wie alle Teile miteinander verbunden werden sollen.

Bei der Verwendung von HAL werden die Komponenten durch Signale miteinander verbunden. Der Designer muss entscheiden, welche Signale benötigt werden und was sie verbinden sollen.

Sobald der Schaltplan fertig ist, kann die Maschine gebaut werden. Die Teile müssen beschafft und montiert werden, und dann werden sie entsprechend dem Schaltplan miteinander verbunden. In einem physischen System besteht jede Verbindung aus einem Stück Draht, das abgeschnitten und an die entsprechenden Klemmen angeschlossen werden muss.

HAL bietet eine Reihe von Werkzeugen, die beim "Aufbau" eines HAL-Systems helfen. Mit einigen dieser Werkzeuge können Sie einen einzelnen "Draht" anschließen (oder abziehen). Andere Werkzeuge ermöglichen es Ihnen, eine vollständige Liste aller Teile, Drähte und anderer Informationen über das System zu speichern, so dass es mit einem einzigen Befehl "neu aufgebaut" werden kann.

Nur sehr wenige Maschinen funktionieren beim ersten Mal richtig. Bei der Prüfung kann der Konstrukteur ein Messgerät verwenden, um zu sehen, ob ein Endschalter funktioniert, oder um die Gleichspannung an einem Servomotor zu messen. Er kann ein Oszilloskop anschließen, um die Einstellung eines Antriebs zu überprüfen oder um nach elektrischen Störungen zu suchen. Vielleicht findet er ein Problem, das eine Änderung des Schaltplans erfordert; vielleicht muss ein Teil anders angeschlossen oder durch etwas völlig anderes ersetzt werden.

HAL bietet die Software-Äquivalente eines Voltmeters, Oszilloskops, Signalgenerators und anderer Werkzeuge, die zum Testen und Abstimmen eines Systems benötigt werden. Mit denselben Befehlen, die zum Aufbau des Systems verwendet werden, können auch Änderungen vorgenommen werden.

Dieses Dokument richtet sich an Personen, die bereits wissen, wie man diese Art von Hardware-Systemintegration durchführt, die aber nicht wissen, wie man die Hardware mit LinuxCNC verbindet. Siehe den Abschnitt Remote Start Example in der HAL UI Examples Dokumentation.

Das oben beschriebene traditionelle Hardware-Design endet am Rande der Hauptsteuerung. Außerhalb der Steuerung befinden sich eine Reihe relativ einfacher Kästen, die miteinander verbunden sind, um das zu tun, was erforderlich ist. Im Inneren ist die Steuerung ein großes Rätsel - eine riesige schwarze Box, von der wir hoffen, dass sie funktioniert.

HAL erweitert diese traditionelle Hardware-Design-Methode auf das Innere der großen Blackbox. Es macht Gerätetreiber und sogar einige interne Teile des Controllers zu kleineren Black Boxes, die miteinander verbunden und sogar ersetzt werden können, genau wie die externe Hardware. So kann der "Systemschaltplan" einen Teil des internen Steuergeräts zeigen und nicht nur eine große Blackbox. Und, was am wichtigsten ist, es ermöglicht dem Integrator, den Controller mit denselben Methoden zu testen und zu modifizieren, die er auch für den Rest der Hardware verwenden würde.

Begriffe wie Motoren, Ampere und Encoder sind den meisten Maschinenintegratoren vertraut. Wenn wir über die Verwendung eines besonders flexiblen, achtadrigen, abgeschirmten Kabels sprechen, um einen Drehgeber mit der Servo-Eingangsplatine im Computer zu verbinden, versteht der Leser sofort, worum es sich handelt, und wird zu der Frage geführt, "welche Arten von Steckern ich für die beiden Enden benötige". Die gleiche Art von Denken ist für das HAL wesentlich, aber der spezifische Gedankengang braucht vielleicht ein bisschen, um auf den richtigen Weg zu kommen. Die Verwendung von HAL-Wörtern mag anfangs etwas seltsam erscheinen, aber das Konzept, von einer Verbindung zur nächsten zu arbeiten, ist dasselbe.

Diese Idee, den Schaltplan auf das Innere des Controllers auszudehnen, ist das eigentliche Anliegen von HAL. Wenn Sie mit der Idee, Hardware-Blackboxen miteinander zu verbinden, vertraut sind, werden Sie wahrscheinlich wenig Probleme haben, HAL für die Verbindung von Software-Blackboxen zu verwenden.