udt传感器 用于 PLC 编程的用户定义数据类型

用于 PLC 编程的用户定义数据类型

在每个计算机程序或PLC程序参考文档中，您一定会找到一些称为“数据类型”的元素。

数据类型是用于在计算机程序中定义一个或多个内存组的方法。标准数据类型包括整数（长度范围为 8 到 64 位）、浮点数、布尔值、字节和字符串。

根据IEC 61131标准，PLC技术将这一惯例更进一步，定义了单整数和双整数，有符号和无符号整数，计时器，计数器，字符串的标准化名称，最后，由上述数据类型的自定义组合组成的数据类型称为用户定义类型或UDT。

自定义用户定义数据类型 （UDT）

与 C 编程中的“属性”类类似，PLC 可以创建标准数据类型组合的自定义数据类型。然后，可以将这些 UDT 分配给 PLC 中的标签分组。

UDT 的目的是使分散的标记列表更紧凑、更易于阅读。UDT 还可以帮助用户在重复代码中找到大量使用，例如工作站逻辑或机器人通信。虽然 UDT 很有用，但它们可能会被滥用，尤其是在过度应用于简单应用程序时。在这种情况下，渲染多个复杂的标记层和例程，这些层和例程几乎无法搜索和解释。

图1. 几乎每个PLC IDE都允许程序员创建UDT。

在 PLC 中创建 UDT

每个 PLC 制造商都略有不同，但代码编辑器中的某个地方总是可以创建 UDT 的地方。创建 UDT 相对简单，但确实需要大量的深思熟虑和结构规划。

以罗克韦尔自动化的 Studio 5000 Logix Designer 为例，UDT 中的标记应始终按从最小数据大小到最大数据大小的顺序排列。此过程的原因与软件如何为不同的数据类型分配内存有关。Logix 设计器将为较大的数据类型（如计时器、字符串和其他大型标准结构标记）分配更多内存（如果它们的结构在 UDT 顶部附近）。

请考虑以下示例来说明：底部的数据类型较小时，软件将向上舍入到最接近的字节。下图显示了两个具有完全相同标记但从小到大（顶部）与有点分散（底部）排列的两个 UDT。请注意每个数据类型的大小，以红色标出。按顺序排列导致最有效的尺寸。

图2. 高效设计的 UDT，顶部带有最小的标签。

图3. UDT 设计不佳，标签的大小顺序更加随机。

具有大量 BOOL 标记的 UDT 也将生成更大的总大小的 UDT。这与罗克韦尔（实际上，任何计算机）如何为单位数据类型分配内存有关。每个布尔标签占用一个地址，该地址长度为 32 位，即使它的有用大小只有一位。如果您只用一个布尔值制作了 UDT，则该 UDT 的大小仍将为 32 位（4 个字节），而该内存的其余部分是浪费的空间。

调整和嵌套 UDT 的大小

大多数 PLC 将允许嵌套 UDT，这意味着您可以创建包含其他 UDT 标记的 UDT。可以想象，这可能会产生一些非常复杂的数据类型，但它也可以大大减少您的标签数据库。

例如，想象一个气动拾取和放置站，它由一个水平和垂直气缸以及一个夹持器组成。为通信和 I/O 开发以下 UDT 可能是有意义的：

所有这些 UDT 都可以放入一个 UDT 中，以便该站的所有标记都将占用标记数据库中一个标记的空间。

图4. 一个 UDT 标记，由 4 个嵌套的 UDT 组成，每个 UDT 执行一个专用功能。

乍一看，此解决方案可能看起来是个好主意，但是如果您想搜索特定的HMI标签怎么办？搜索不会产生任何结果，因为搜索标签数据库只会搜索根标签名称。

嵌入多个标签带来的另一个挑战是出现非常长的标签名称。如果要寻址上面圆柱体的输入传感器，它可能看起来像这样：“PickPlaceStn.i.vertical.inputs.extended”。对于一个输入来说，这是一个相当长的标签名称。

图5.重要的是要记住，现代PLC可以控制庞大的流程，因此数据整合和扩展空间是并行的考虑因素。

UDT 的正确形式和功能

鉴于以前的这些缺点，制作 UDT 的最佳、正确方法是什么？

不幸的是，对于工程领域来说，这是一个开放和有争议的问题，所以真的没有单一的正确或错误的答案。请记住，如果更改了 UDT，大多数 PLC 都需要下载或重新初始化。如果您需要在设备运行时进行更改，这可能会带来问题。

根据我自己的经验，我更喜欢将 UDT 划分为主要功能。这意味着一个UDT用于我的工作站控制，一个用于每个以太网设备，如机器人或相机，最后，一个专用UDT，用于所有工作站输入和所有站点输出。

此方法背后的思维过程认识到，由于设备的标记不太可能更改，因此将它们合并到 UDT 中是有意义的。在代码调试和调试后，工作站控制逻辑不应该真正改变，甚至机器人通信在集成后也不会有太大变化。

无需为嵌套 UDT 而烦恼

至于嵌套UDT，我尽量只嵌套一层深。当我制作机器人UDT时，我将在根目录中具有本地控制位，然后我将具有一个输入标签和一个输出UDT标签，每个标签都被复制到以太网模块中。这也有助于将来扩展到多个机器人系统，每个后续机器人都可以使用相同的控制位，同时自定义映射位。

图6. UDT 的组织不仅有助于使程序更易于阅读，而且还可以在添加新组件时实现将来的扩展。

UDT的实际应用

用户定义的数据类型是自定义机器设计中简单但非常重要的一部分。设计良好的 UDT 可以缓解内存分配和控制器标记组织问题，但必须注意避免随意使用它们。

最后，尽量不要超过两层 UDT，并尽可能构建它们以减少不必要的内存浪费。这种方法将产生干净、易于阅读的标签，可在您的 PLC 中轻松搜索。

装备动态西方5国超大型UUV最新研发动态（下）——法日意

装备动态

Equipment Dynamics

内容提要

本文分别介绍了法国UCUV、日本新型XLUUV、意大利和以色列联合研制的BlueWhale等超大型UUV的最新研发动态。

1.法国为UCUV项目订购XLUUV演示验证样机

据法国国防部（Ministry of Defence，MoD）2024年1月30日公布的信息，法国国防采购局（Defense Procurement Agency，DGA）在水下战技术方面迈出了重要一步。2023年12月28日，DGA与海军集团（Naval Group）公司正式达成一份框架协议，开发一种大型无人作战型水下航行器（unmanned combat underwater vehicle，UCUV）原型，设计、生产和试验UCUV的演示验证样机（demonstrator）。还签署了第一份后续合同，由海军集团设计和开发自主决策过程（autonomous decision-making process，ADMP）和安全自主导航功能。

图1-1.    法国Naval Group公司的XLUUV （图片来源：Naval Group）

该框架协议遵循海军集团于2023年5月4日授予的合同——研究UCUV的主要用例和系统架构。其目标是对已识别出的可满足法国海军的主要用例的技术进行研究和评估，进而设计和开发UCUV演示验证样机。DGA制定了一个雄心勃勃的目标，即发射并评估一艘长度超过10 m、重量超过10 t的大型长航时演示验证样机。

海军集团无人机、自主系统和水下武器主管Aurore Neuschwander表示：“海军集团非常自豪地支持法国武装力量部研究这种创新和颠覆性的海军能力。我们将利用过去十年来在海军无人系统方面获得的专业知识，特别是我们在XLUUV演示验证样机方面的经验，该样机将作为技术集成和试验平台。这一雄心勃勃的项目将有助于创建法国海军无人系统的先进工业，海军集团将成为其中的一员。”

图1-2.     XLUUV演示验证初样机

（图片来源：Naval Group）

该框架协议的第一份后续合同期限为24个月。它将使自主决策过程（ADMP或ADC©，ADC©为Autonomie Décisionnelle cisionnelle contrôlée的法语缩写）版的开发成为可能，旨在加强任务规划和监测，并确保水面和水下导航，这是自主、长航时、多任务系统的基本功能。

为开发应对长航时、水下探测和子命令（sub-order）执行等挑战所需的技术，其它后续合同也在计划中。

该项目旨在开发UCUV演示样机所需的各种关键技术，包括能源自主性和自主传感器与处理能力的集成。

该协议强调了XLUUV在法国海军和DGA确定的潜在应用中日益增长的重要性。

1.1 无人系统是协同海战的核心

无人系统在海军作战中发挥着越来越重要的作用，可为海军提供所需的技术和战术优势。通过UCUV项目，法国加入了一个经过精选的的国家行列——这些国家定义、开发和评估了首型XLUUV。通过该项目，法国武装力量部将受益于机器人、无人飞行器/航行器和人工智能领域的技术突破和创新，以评估一种新的海军能力，这种能力可为新的地区冲突和不对称作战提供中期作战响应。

1.2海军集团的XLUUV演示验证样机是UCUV项目的核心

图1-3.    法国Naval Group公司的XLUUV （图片来源：Naval Group）

XLUUV演示验证样机已于2023年夏末成功完成海上验收，将成为UCUV项目的关键组成部分，并有望作为DGA各种开发项目的实验平台。它将能够用于对ADMP和能源等技术的短周期评估，以确认与未来UCUV演示验证样机设计相关的技术选项。这种创新的方法将为项目提供灵活的指导，使UCUV演示验证样机能够在规定的预算和时间内建造。

图1-4.      海试中的 XLUUV

（图片来源：Naval Group）

1.3 自主决策过程（ADMP）——“艇载”自主系统的大脑

在通信受限和有时不可能或不需要通信的环境中，必须能够确信保证任务的成功。考虑到这一逻辑，海军集团开发了ADMP，旨在为长期任务背景下的无人系统作战提供能力扩展，使其能够在无遥控的情况下执行任务，从而成为自主系统。

由于可基于战术态势分析进行持续的重规划，ADMP能使自主系统适应战术危险、作战环境和潜在损害。该系统能使自主系统独自或协同完成它们的任务，同时遵从使用条令。

ADMP保证在任务目标、行为准则和留给自主系统的自由度方面服从人类操作员的指令。

目前尚不清楚DGA刚刚订购的演示验证样机将具有哪些设计更改（如果有的话）。然而，《海军新闻》（Naval News）认为，它可能会采用目前尚未安装在海军集团所拥有的潜器上的军用系统。美国海军的ORCA型XLUUV原型与波音公司自筹资金设计和生产的“回声旅行者”（ECHO VOYAGER）之间的差别正体现了这种情况。

编译自 【1】Naval News Staff.   France Orders XLUUV Submarine Drone Demonstrator From Naval Group.    https://www.navalnews.com/naval-news/2024/01/france-orders-xluuv-submarine- drone-demonstrator-from-naval-group/.    30 Jan 2024 【2】Naval Group to develop Extra large UUV XLUUV for French Navy.   https://www.navy- recognition.com/index.php/naval-news/naval-news-archive/2024/january/13998-naval-group-to-develop-extra-large-uuv-xluuv-for-french-navy.html.   30 January 2024 【3】Naida Hakirevic Prevljak.   Naval Group to deliver autonomous underwater drone demonstrator for the French DGA.    https://www.navaltoday.com/2024/01/31/naval-group- o-deliver-autonomous-underwater-drone-demonstrator-for-the-french-dga/ January 31, 2024

2. 日本研发新型XLUUV

日本采办、技术与后勤局（Acquisition, Technology Logistics Agency，ATLA）向《海军新闻》（Naval News）展示了其新型XLUUV。这型令人印象深刻的无人潜航器目前正处于研发阶段。

图2-1.    日本的新型XLUUV

（图片来源：Yoshihiro Inaba）

在一次近乎独家的访问中（只有《海军新闻》和另一家日本防务媒体被邀请），ATLA邀请来访者在2023年12月参观了IWAKUNI海洋环境试验与评估卫星城（IWAKUNI Maritime Environment Test Evaluation Satellite，IMETS），展示了他们的XLUUV。位于日本南部山口县的设施用于测试和开发UUV。

这型名为“长航时UUV”（“Long Endurance UUV”）的新型UUV是一型实验性的XLUUV，在“日本2023年防务与安全设备国际博览会”（DSEI Japan 2023）期间首次亮相。该UUV由三菱重工（ Mitsubishi Heavy Industry，MHI）建造，由ATLA下属的海军系统研究中心（Naval Systems Research Center）开发。随着日本面临人口出生率下降的老龄化社会问题，操作有人装备将变得日益困难。特别是训练潜艇艇员将变得困难，维持舰艇数量也可能变得困难。因此，日本目前正在加速研发UUV，以作为未来水下防卫能力的补充。

图2-2.    日本新型XLUUV

（图片来源：Yoshihiro Inaba）

该型UUV采用模块化结构，由携载控制系统的“头段”、携载电源的“能源段”和携带推进系统的“尾段”组成。这一基本配置与携载各种设备的载荷模块组合在一起，就可完成各种任务。

顾名思义，这种“长航时”UUV可长时间自主运行，在目前的基本配置（长度10 m）下，已实现了以3~4 kn的速度连续运行一周。然而，这只是一个里程碑，ATLA的目标是实现更长时间的连续运行。UUV由锂离子电池提供动力，但ATLA目前正在考虑使用液体/固体燃料电池、AIP和/或柴-电发动机，以实现更长的巡航距离。

(a)

（b）

（c）

图2-3.      日本新型XLUUV及试验水池。在该水池中，高性能模拟器和声学设备将再现实际海洋环境。UUV被置于该水池中，水池模拟海洋环境，如洋流、水温、盐度和水下声学特性，积累各种用于构建控制逻辑和开发其它传感器的数据。  （图片来源：Yoshihiro Inaba）

其他载荷模块也正在研究中，包括携载传感器/通信节点等重型载荷的“水下设备安装模块”（“underwater equipment installation module”）、携载各种海洋调查设备的“海洋观测模块”（“ocean observation module”）、用于在水面发射无人机或其它装备的“水面发射模块”（“surface launch module”）以及进行有效海域感知（maritime domain awareness，MDA）的“海洋监视模块”（“ocean surveillance module”）。

自主性是该型XLUUV最重要的方面，它的目标是在水下长时间运行。由于水下无法接收无线电波，因此很难从海军舰船或岸上控制UUV。因此，自主作战是必不可少的。首先，UUV采用惯导系统与多普勒计程仪（doppler velocity log，DVL）的组合作为导航定位系统。此外，用被动声呐探测舰船的螺旋噪声和其他声音，以评估水下和水面态势，然后用主动声呐进行最后检查。

至于控制逻辑——即智能部分，是自主作战中最重要的部分，目前正在使用大型试验设施进行研究。在日本西部的山口县，有一座建于2021年、名为IWAKUNI海洋环境试验与评估卫星城（IWAKUNI Maritime Environment Test Evaluation Satellite，IMETS）的试验设施。IMETS有一个长30 m、宽3 m、深11 m大型水池。在这个水池中，高性能模拟器和声学设备将再现实际海洋环境。将UUV置于在该水池中，模拟海洋环境，如洋流、水温、盐度以及水下声学特性，积累各种用于构建控制逻辑和开发其它传感器的数据。

这艘UUV只是一个试验床，这意味着它并不一定将由日本海上自卫队（Japan Maritime Self-Defense Force，JMSDF）按原样使用。事实上，目前正在利用从这艘长期运行的UUV上获得的数据进行“UUV控制技术”的研究，即开发一种可由指挥级UUV（commanding UUV）控制的UUV，也包括开发利用声呐自动探测和识别目标等技术。该项研究始于2023财年。

此外，该型“长航时UUV”的模块、软件等都已标准化，并实现了开放式架构。其目的是利用两用技术来加强政府和私营机构的UUV技术。因此，开发该型UUV的目的也是为了提高日本UUV技术的整体水平。

编译自 Yoshihiro Inaba.   Our First Look At Japan’s New XLUUV Submarine Drone.  https://www.navalnews.com/naval-news/2024/05/our-first-look-at-japans-new-xluuv-submarine-drone/.05 May 2024

3.意大利联合以色列开发“蓝鲸”（BlueWhale）XLUUV

MoD最近向意大利议会（Italian Parliament）提交了一份申请，要求批准用于情报、监视、侦察（intelligence, surveillance and reconnaissance，ISR）和反潜战（anti-submarine warfare，ASW）作战的新型远程AUV项目。

图3-1.    水下防务技术2023年会（UDT 2023）上的以色列IAI公司的“蓝鲸”（BlueWhale）XLUUV

随着意大利国防部“多年度规划文件2023-2025”（Docuento Programatico Pluriennale 2023-2025）的发布，向议会提交的文件首次提供了该项目的细节。

如提交的文件附件所述，为满足在直接国家战略利益领域强制性的持久力、监视和数据收集的要求，和支持海上兵力投送的无人ASW能力以及对管道、电缆和海上平台等水下基础设施的控制，意大利海军总参谋部（Italian Navy General Staff）已要求采购在模块化、续航力和灵活性方面具有先进能力的新型远程ISR/ASW AUV平台。后者产品包包括3艘大排量自主水下航行器（large displacement autonomous underwater vehicles，LDAUV）及其远程指挥和控制站、以及部署在水面和水下平台上的发射和回收系统。该项目还包括任务载荷和系统、以及操作人员和维修人员的培训和后勤保障。

图3-2.    BlueWhale（ELI-3325）AUV

（图片来源：IAI）

根据在议会提交的随附文件，该项目的重点是意大利和以色列在自主能力方面的国际合作，这是由两个采购机构于2021年12月签署的谅解备忘录（memorandum of understanding，MoU）和框架安排所规定的。其结果是，基于以色列IAI/Elta系统公司开发的“蓝鲸”（ELI-3325）平台并集成意大利工业开发的有效载荷和系统，完成对“意大利-以色列蓝鲸”（“Italian-Israeli BlueWhale”，IIBW）LDAUV解决方案的开发。国际产业合作以2022年2月签署的合作备忘录为基础，“确定了相关企业间的产业合作范围和工作分工”。该文件由以色列IAI公司旗下的Elta Systems公司与意大利公司Eleettronica、FAAM、CABI Cattaneo、BATS Italia和ICS Technologies签署。根据向议会发布的信息，CABI Cattaneo公司将开发与水面和水下平台相集成的航行器；FAAM公司将提供锂离子电池包；尽管Eleettronica公司未披露细节，但预计将提供包括信号和通信情报装备在内的电子战套件；ICS Technologies公司将提供声呐套件并完成集成；BATS Italia公司将提供后勤保障。

根据所附文件，该项合作涉及联合研发活动，其目的是在以色列公司和意大利公司做出同等贡献下开发IIBW。根据这些协议，该项目的目的是发展主权技术能力（sovereign technological competences），并找到潜在的出口应用前景。同一文件还强调，目前尚无全国性的解决方案可满足意大利海军设定的作战需求。根据提交给议会的文件，该项目的预估总费用为2.543亿欧元，其中600万欧元已分配给项目的头两年，该项目将持续13年。

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