具有分布式運動規劃的工業控制系統技術方案

本發明專利技術公開了一種具有分布式運動規劃的工業控制系統，該工業控制系統提供了可基于存儲的驅動器簡檔將運動規劃任務分配給有能力的馬達驅動器和運動裝置的運動控制功能。輪廓得知(profile-aware)功能允許控制程序用于能夠和不能夠適當地利用規劃任務的自動分配而執行運動規劃的這兩種馬達驅動器。可通過驅動器與非控制器裝置之間的對等通信適應當分配運動規劃時在工業控制系統中的不同裝置之間的協調。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及用于實時控制電動機的位置和/或速度的工業控制系統，更具體地， 涉及允許從中央控制器向驅動器分配對這樣的驅動器的運動規劃的工業控制器。
技術介紹
工業控制器是用于例如在工廠環境下控制工業過程或機器的專用計算機系統。通 常，工業控制器執行從與受控過程和機器相關聯并感測過程或機器的條件的各種傳感器讀 取輸入的、存儲的控制程序，并且基于那些輸入和存儲的控制程序，計算用于控制對過程或 機器進行控制的致動器的一組輸出。工業控制器與傳統計算機在很多方面不同。物理上，與傳統計算機相比，這些工業 控制器被構造成對沖擊和損壞具有更充分的魯棒性并且更好地抵抗外部污染物和極端環 境條件。處理器和操作系統被優化用于實時控制，并且用被設計為允許快速開發控制程序 的語言來對處理器和操作系統編程，其中，控制程序被定制為適于不斷變化的機器控制或 過程控制應用的集合。通常，控制器例如具有高度模塊化的架構，該架構允許不同數量和類型的輸入模 塊和輸出模塊用于將控制器連接至要控制的過程或機器。通過使用適合于可靠性和可用性 高的實時通信的特定“控制網絡”而便于進行這種模塊化。這樣的控制網絡(例如，控制網、 以太網/IP)與標準通信網絡(例如，以太網)不同之處在于，通過預先安排網絡的通信容 量來保證最大通信延遲，以及/或者為了高可用性提供冗余通信能力。作為其增強的模塊化的一部分，工業控制器可采用專用于特定類型電信號和功能 (例如，檢測輸入的AC或DC信號或者控制輸出的AC或DC信號)的I/O模塊。這些I/O模 塊中的每一個均可具有允許它們連同所選擇的其他I/O模塊一起以不同組合安裝在殼體 或機架中的連接器系統，以與特定應用的要求匹配。多個或單個I/O模塊可位于受控過程 或機器附近的便利的控制點處，以經由特定控制網絡與中央工業控制器通信。一種類型的I/O模塊是可與正執行運動指令的工業控制器通信的馬達驅動器，并 且可將電信號提供給電動機，該電動機根據運動指令調整馬達的位置或速度。示例性運動 指令當由控制器執行時，可在速度和加速度的預定義約束內啟動馬達在第一位置與第二位 置之間的移動。運動指令命令可由工業控制器中的運動規劃器接收，該運動規劃器基于運 動指令數據而生成以時刻為單位精確地描述馬達的運動的運動輪廓(motion profile),以 控制速度和加速度變化，例如，以限制“加加速度(jerk) ”、加速度的一階導數，其中加速度 的一階導數可對馬達和附接部件產生不期望的磨損。由于生成并傳送多個高速馬達的運動輪廓所需的數據傳遞速率高，因此，工業控 制環境下的運動控制對控制器和通信網絡的要求極其苛刻。通過從控制器向驅動器發送粗 略版本的運動輪廓數據而在一定程度上緩解了該問題，該粗略版本具有相對慢的粗略更新 速率與減少的帶寬要求。接著，該驅動器可內插提供平滑的精確運動的、更高分辨率版本的 運動輪廓。即使利用該方法，粗略更新速率對于這些驅動器必須高到足以符合性能要求，因 此，當處理大量遠程驅動器時會用完控制器的數據處理容量和控制網絡帶寬。對該問題的一種解決方案是將運動規劃任務分配給驅動器本身。這可以通過將特 定指令插入到控制程序中來完成，其中，這些特定指令當被執行時使得工業控制器傳輸在 驅動器中激活運動規劃所需的命令。
技術實現思路
本專利技術允許以對于編寫控制程序的編程員而言大部分不可見的方式在硬件裝置 之間分配運動規劃，從而使得單個控制程序為多次硬件安裝服務。本專利技術通過修改工業控 制器中的運動控制功能來提供該特征，以使得其確定特定馬達驅動器是否可以實現運動規 劃，并且如果是，則直接與馬達驅動器中的運動規劃器傳遞運動命令，而如果不是，則與工 業控制器內的運動規劃器傳遞運動命令。通過修改工業控制器中的現有運動功能，控制程 序中不需要特定運動控制指令。本專利技術的一些實施例還允許實現運動規劃器的驅動器與用來有助于分布式運動 控制的其他部件之間的對等通信。這些實施例可進一步提供針對時間臨界運動信息允許快 速響應時間與低網絡負擔的事件驅動通信。具體地，本專利技術可提供一種工業控制器，該工業控制器具有網絡接口和電子計算 機，其中該網絡接口被適配成與一個或多個連接的馬達驅動器通信，該電子計算機與網絡 接口通信并執行存儲的程序(例如，固件)，以接收提供運動控制指令的控制程序。可通過 識別與運動指令相關聯的馬達驅動器并確定所識別的馬達驅動器是否能夠執行運動規劃 器來執行運動控制指令，該運動規劃器提供用于利用運動控制指令根據運動命令來控制馬 達的時序運動數據。如果存在該能力，則工業控制器將運動命令經由至所識別的驅動器的 網絡接口傳輸到所識別的馬達驅動器，否則，工業控制器將運動命令傳輸到工業控制器中 的運動規劃器。因而，本專利技術的至少一個實施例的特征是允許個人利用運動指令創建控制程序而 不考慮在驅動器之間分配運動規劃功能。本專利技術的至少一個實施例的另一特征是允許單個 控制程序與不同類型的馬達驅動器一起統一工作。控制程序指令可通過對不依賴控制程序的、存儲在工業控制器中的功能的調用來 執行，例如，如同固件一樣。因此，本專利技術的至少一個實施例的特征在于提供運動規劃的分配作為工業控制器 硬件的功能，而無需對控制程序本身的特定編譯或其他預先修改。網絡接口可被適配成實現控制器與馬達驅動器之間的連接消息接發，從而在連接 之間預先分配網絡通信容量。電子計算機執行存儲的程序以打開控制器與驅動器之間的連 接，從而傳遞運動命令或運動數據。因此，本專利技術的至少一個實施例的特征在于不僅減小在進行一個或多個相關聯的驅動器的運動規劃器計算時對控制器的負擔，而且減小網絡通信量，因此，減少對在工業控 制器與這些驅動器之間大量分配控制器數據處理容量和通信容量的需要。對于通信容量，電子計算機可分配網絡通信容量的第一部分以與能夠執行運動規 劃器的馬達驅動器通信，其中，網絡通信容量的第一部分小于為了與不能執行運動規劃器 的馬達驅動器通信而分配的網絡通信容量的第二部分。因此，本專利技術的至少一個實施例的特征在于，即使在具有混合的遺留裝置 (legacy)和有運動規劃能力的驅動器的環境下，也考慮到減小對網絡的負擔根據驅動器能 力來定制網絡容量。網絡通信容量的第一部分可提供周期性數據傳遞與事件驅動數據傳遞的組合，事 件驅動數據傳遞是通過生成運動命令而觸發的，并且網絡通信容量的第二部分可以是根據 預定義的運動數據間隔的周期性數據傳遞。因此，本專利技術的至少一個實施例的特征在于，即使當分配相對小的網絡容量時，也 能提供對馬達相關命令的快速響應。非周期性傳輸的使用允許對運動命令的快速響應，從 而消除不必要的周期性通信。工業控制器可包括表示每個馬達驅動器是否均包括固件的運動規劃器的驅動器 簡檔。驅動器簡檔可由工業控制器用來確定所識別的馬達驅動器是否能夠執行運動。因此，本專利技術的至少一個實施例的特征在于提供一種使用普通數據結構(諸如， 工業控制內的驅動器簡檔)來自動確定馬達驅動器的能力的簡單方法。類似地，應理解，本專利技術可提供一種馬達驅動器，其可與上述工業控制器一起工 作，其中，馬達驅動器包括用于合成至馬達的電源電壓的開關電路、用于與工業控制器通信 的網絡接口、以及與開關電路和網絡接口通信并執行存儲的程序(例如，固件)的電子計算 機。存儲的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種工業控制器，包括：網絡接口，被適配成與一個或多個連接的馬達驅動器通信；電子計算機，與所述網絡接口通信并執行存儲在非暫態存儲介質中的程序，以：(1)接收提供運動控制指令的控制程序；(2)通過以下步驟執行所述運動控制指令：(a)識別與運動指令相關聯的馬達驅動器；(b)確定所識別的馬達驅動器是否能夠執行運動規劃器，所述運動規劃器在由通過執行運動控制指令引起的運動命令啟動時提供用于控制馬達的時序運動數據，并且如果能夠，則將所述運動命令經由至所識別的驅動器的網絡接口傳輸至所識別的馬達驅動器，否則，將所述運動命令傳輸至所述工業控制器中的運動規劃器。

【技術特征摘要】
2011.04.11 US 61/474,042;2011.04.11 US 61/474,0541.一種工業控制器，包括 網絡接口，被適配成與一個或多個連接的馬達驅動器通信； 電子計算機，與所述網絡接口通信并執行存儲在非暫態存儲介質中的程序，以 (1)接收提供運動控制指令的控制程序； (2)通過以下步驟執行所述運動控制指令 (a)識別與運動指令相關聯的馬達驅動器； (b)確定所識別的馬達驅動器是否能夠執行運動規劃器，所述運動規劃器在由通過執行運動控制指令引起的運動命令啟動時提供用于控制馬達的時序運動數據，并且如果能夠，則將所述運動命令經由至所識別的驅動器的網絡接口傳輸至所識別的馬達驅動器，否貝1J，將所述運動命令傳輸至所述工業控制器中的運動規劃器。2.根據權利要求1所述的工業控制器，其中，所述控制程序的指令通過對存儲在所述工業控制器中的、獨立于所述控制程序的功能的調用來執行。3.根據權利要求2所述的工業控制器，其中，所述功能和運動規劃器以固件存儲在所述工業控制器中。4.根據權利要求3所述的工業控制器，其中，所述網絡接口被適配成實現所述控制器與所述馬達驅動器之間的連接消息接發，從而在連接之間預先分配網絡通信容量，并且其中，所述電子計算機執行所存儲的程序以打開所述控制器與所述驅動器之間的連接，從而傳遞運動命令或運動數據。5.根據權利要求4所述的工業控制器，其中，所述電子計算機執行所存儲的程序以分配所述網絡通信容量的第一部分，從而與能夠執行運動規劃器的馬達驅動器通信，其中，所述網絡通信容量的第一部分小于為了與不能執行所述運動規劃器的馬達驅動器通信而分配的所述網絡通信容量的第二部分。6.根據權利要求5所述的工業控制器，其中，所述網絡通信容量的第一部分是根據第一預定義的時間間隔的周期性的和由生成所述運動命令而觸發的事件驅動的，并且所述網絡通信容量的第二部分是根據小于所述第一預定義的時間間隔的第二預定義的時間間隔的周期性的。7.根據權利要求6所述的工業控制器，其中，所述控制器包括驅動器簡檔，所述驅動器簡檔表示每個馬達驅動器是否均包括固件的運動規劃器并且接著確定能夠執行運動規劃器的所識別的馬達驅動器是否是指所述驅動器簡檔。8.根據權利要求7所述的工業控制器，其中，所述運動規劃器對根據運動命令生成的運動輪廓進行總計，以提供作為多個運動輪廓的總和的、用于控制馬達的時序運動數據。9.根據權利要求8所述的工業控制器，其中，所述運動指令包括用于在定義的位置之間移動馬達的指令、用于以定義的速度移動馬達的指令、以及用于使馬達與另一馬達協調地移動的指令。10.根據權利要求9所述的工業控制器，其中，所述控制程序是使用選自繼電器梯形圖邏輯、結構化文本和順序功能圖的編程語言生成的程序。11.一種馬達驅動器，包括 開關電路，用于合成至馬達的電源電壓； 網絡接口，用于與工業控制器通信；電子計算機，與所述開關電路和所述網絡接口通信，并且執行存儲在非暫態存儲介質中的程序，以 (1)經由所述網絡接口從工業控制器接收運動命令，所述運動命令表示所述工業控制器對運動指令的執行； (2)響應于所述運動命令，使用運動規劃器來生成用于所述開關電路的時序運動數據；以及 (3)與所述工業控制器傳遞表示所述時序運動數據的至少一部分的運動輪廓的結束。12.根據權利要求11所述的馬達驅動器，其中，所述運動規劃器以固件存儲在所述馬達驅動器中。13.根據權利要求12所述的馬達驅動器，其中，所述網絡接口被適配成實現所述馬達驅動器與所述控制器之間的連接消息接發，從而在連接之間預先分配網絡通信容量，并且其中，所述電子計算機執行所存儲的程序以接收所述控制器與所述驅動器之間的連接，從而傳遞運動命令或運動數據。14.根據權利要求13所述的馬達驅...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬克·A·查菲，
申請(專利權)人：洛克威爾自動控制技術股份有限公司，
類型：發明
國別省市：