【摘要】：隨著中國制造業(yè)的轉型和升級,自動化設備的需求量將越來越大。運動控制器作為自動化設備的控制核心其需求量也將隨著變大。為了適應目前越來越智能化、網絡化、高速化以及多樣化的自動化設備的發(fā)展,現代的運動控制器必須要有能集成各種傳感器設備的能力,良好的網絡通信能力,強大的計算能力,高可靠性,以及高度的開放性和易用性。然而目前國內大部分運動控制器存在網絡通信能力不強,開放性不夠,性價比不高,不能很好的集成各種傳感器,特別是視覺傳感器等問題,這就限制了我國裝備制造業(yè)的發(fā)展。針對上述問題,本文基于德國Kithara公司的windows實時拓展套件KRTS設計了一種總線式軟運動控制平臺,給出了從運動控制程序開發(fā)端到運行端的一整套解決方案。該平臺以IPC為硬件平臺,以安裝了 KRTS實時拓展套件的windows系統(tǒng)為軟件平臺,支持EtherCAT和EtherMAC總線接口,提供符合PLCopen規(guī)范的運動控制庫、內核實時應用程序數據通信接口,以及圖形化平臺管理工具。此外設計的平臺還能集成實時視覺功能,并支持用戶對系統(tǒng)組件庫的拓展。本文分別從平臺實時以太網總線驅動設計及其封裝集成,平臺功能組件設計及實現,平臺管理工具及其使用策略設計這三個方面闡述構建的總線式軟運動控制平臺關鍵技術。對于平臺實時以太網總線驅動設計及其封裝集成,為了說明在本文設計的運動控制平臺下對其他KRTS未支持的總線驅動及其接口開發(fā)過程,設計了課題組自主研發(fā)的EtherMAC在設計的軟運動控制平臺下的驅動及其接口。同時為提高驅動接口的易用性,設計了一個主站驅動接口封裝集成方法,并以應用最廣泛的且KRTS支持的EtherCAT驅動接口為例,詳細說明了驅動接口封裝和集成的實現過程。平臺功能組件的設計,其分為平臺運動控制庫設計以及平臺數據通信方案及其接口設計。對于平臺運動控制庫的設計,為了方便用戶使用,本文參照PLCopen運動控制規(guī)范構建平臺運動控制庫,并從運動控制功能塊用戶使用接口形式,虛擬軸CiA402數據接口,功能塊的實現,以及運動控制算法等方面詳細闡述了運動控制庫設計方法。對于平臺數據通信方案及接口的設計,本文分別設計了本地應用通信和遠程應用通信方案,而后對遠程通信方案的用戶使用接口進行設計。對于平臺管理工具的設計,本文主要從系統(tǒng)配置和狀態(tài)管理,實時以太網總線資源管理,任務管理,全局資源管理以及用戶實時應用管理這幾個方面,對其設計的功能做詳細介紹,并在這基礎上設計了平臺的使用策略。最后,本文通過一個五軸串聯機器人應用項目,來驗證設計的平臺。此外還搭建了一個系統(tǒng)實時性測試平臺,對系統(tǒng)定時器抖動進行測試,以此來驗證系統(tǒng)的實時性能。
[Abstract]:With the transformation and upgrading of China's manufacturing industry, the demand for automation equipment will be increasing. As the control core of automatic equipment, the demand of motion controller will also increase. In order to adapt to the development of more and more intelligent, networked, high-speed and diversified automatic equipment, modern motion controller must have the ability to integrate all kinds of sensor devices, and good network communication ability. Strong computing power, high reliability, and high openness and ease of use. However, at present, most of the motion controllers in our country have some problems, such as the network communication ability is not strong, the openness is not enough, the ratio of performance to price is not high, and can't integrate all kinds of sensors, especially the vision sensor, and so on. This limits the development of China's equipment manufacturing industry. In order to solve the above problems, this paper designs a bus-type soft motion control platform based on KRTS, a real-time windows extension suite of Kithara Company in Germany, and presents a complete set of solutions from the development end to the running side of the motion control program. The platform takes IPC as hardware platform and windows system with KRTS real-time extension package as software platform, supports EtherCAT and EtherMAC bus interface, provides motion control library in accordance with PLCopen specification, and kernel real-time application program data communication interface. And graphical platform management tools. In addition, the platform can integrate real-time visual function, and support users to expand the system component library. This paper describes the key technologies of the platform soft motion control platform from three aspects: platform real-time Ethernet bus driver design and encapsulation integration, platform functional component design and implementation, platform management tool and its use strategy design. For the platform real-time Ethernet bus driver design and its encapsulation integration, in order to explain the development process of other KRTS unsupported bus driver and its interface under the motion control platform designed in this paper, The driver and interface of EtherMAC developed by our research group under the soft motion control platform are designed. In order to improve the ease of use of the driver interface, a master station driver interface encapsulation integration method is designed. Taking the most widely used EtherCAT driver interface supported by KRTS as an example, the implementation process of the driver interface encapsulation and integration is described in detail. The design of platform function component is divided into platform motion control library design, platform data communication scheme and its interface design. For the design of platform motion control library, in order to facilitate the user's use, this paper constructs the platform motion control library according to the PLCopen motion control specification, and from the motion control function block user uses the interface form, the virtual axis CiA402 data interface, the function block realization, The design method of motion control library is described in detail. For the design of platform data communication scheme and interface, this paper designs the local application communication and remote application communication respectively, and then designs the user interface of the remote communication scheme. For the design of platform management tools, this paper mainly includes system configuration and state management, real-time Ethernet bus resource management, task management, global resource management and user real-time application management. The design function of the platform is introduced in detail, and the use strategy of the platform is designed on this basis. Finally, this paper verifies the design platform through a five-axis series robot application project. In addition, a real-time testing platform is built to test the system timer jitter to verify the real-time performance of the system.
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP273

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