具有分布式运动规划的工业控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种具有分布式运动规划的工业控制系统，该工业控制系统提供了可基于存储的驱动器简档将运动规划任务分配给有能力的马达驱动器和运动装置的运动控制功能。轮廓得知(profile-aware)功能允许控制程序用于能够和不能够适当地利用规划任务的自动分配而执行运动规划的这两种马达驱动器。可通过驱动器与非控制器装置之间的对等通信适应当分配运动规划时在工业控制系统中的不同装置之间的协调。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于实时控制电动机的位置和/或速度的工业控制系统，更具体地， 涉及允许从中央控制器向驱动器分配对这样的驱动器的运动规划的工业控制器。
技术介绍
工业控制器是用于例如在工厂环境下控制工业过程或机器的专用计算机系统。通 常，工业控制器执行从与受控过程和机器相关联并感测过程或机器的条件的各种传感器读 取输入的、存储的控制程序，并且基于那些输入和存储的控制程序，计算用于控制对过程或 机器进行控制的致动器的一组输出。工业控制器与传统计算机在很多方面不同。物理上，与传统计算机相比，这些工业 控制器被构造成对冲击和损坏具有更充分的鲁棒性并且更好地抵抗外部污染物和极端环 境条件。处理器和操作系统被优化用于实时控制，并且用被设计为允许快速开发控制程序 的语言来对处理器和操作系统编程，其中，控制程序被定制为适于不断变化的机器控制或 过程控制应用的集合。通常，控制器例如具有高度模块化的架构，该架构允许不同数量和类型的输入模 块和输出模块用于将控制器连接至要控制的过程或机器。通过使用适合于可靠性和可用性 高的实时通信的特定“控制网络”而便于进行这种模块化。这样的控制网络(例如，控制网、 以太网/IP)与标准通信网络(例如，以太网)不同之处在于，通过预先安排网络的通信容 量来保证最大通信延迟，以及/或者为了高可用性提供冗余通信能力。作为其增强的模块化的一部分，工业控制器可采用专用于特定类型电信号和功能 (例如，检测输入的AC或DC信号或者控制输出的AC或DC信号)的I/O模块。这些I/O模 块中的每一个均可具有允许它们连同所选择的其他I/O模块一起以不同组合安装在壳体 或机架中的连接器系统，以与特定应用的要求匹配。多个或单个I/O模块可位于受控过程 或机器附近的便利的控制点处，以经由特定控制网络与中央工业控制器通信。一种类型的I/O模块是可与正执行运动指令的工业控制器通信的马达驱动器，并 且可将电信号提供给电动机，该电动机根据运动指令调整马达的位置或速度。示例性运动 指令当由控制器执行时，可在速度和加速度的预定义约束内启动马达在第一位置与第二位 置之间的移动。运动指令命令可由工业控制器中的运动规划器接收，该运动规划器基于运 动指令数据而生成以时刻为单位精确地描述马达的运动的运动轮廓(motion profile),以 控制速度和加速度变化，例如，以限制“加加速度(jerk) ”、加速度的一阶导数，其中加速度 的一阶导数可对马达和附接部件产生不期望的磨损。由于生成并传送多个高速马达的运动轮廓所需的数据传递速率高，因此，工业控 制环境下的运动控制对控制器和通信网络的要求极其苛刻。通过从控制器向驱动器发送粗 略版本的运动轮廓数据而在一定程度上缓解了该问题，该粗略版本具有相对慢的粗略更新 速率与减少的带宽要求。接着，该驱动器可内插提供平滑的精确运动的、更高分辨率版本的 运动轮廓。即使利用该方法，粗略更新速率对于这些驱动器必须高到足以符合性能要求，因 此，当处理大量远程驱动器时会用完控制器的数据处理容量和控制网络带宽。对该问题的一种解决方案是将运动规划任务分配给驱动器本身。这可以通过将特 定指令插入到控制程序中来完成，其中，这些特定指令当被执行时使得工业控制器传输在 驱动器中激活运动规划所需的命令。
技术实现思路
本专利技术允许以对于编写控制程序的编程员而言大部分不可见的方式在硬件装置 之间分配运动规划，从而使得单个控制程序为多次硬件安装服务。本专利技术通过修改工业控 制器中的运动控制功能来提供该特征，以使得其确定特定马达驱动器是否可以实现运动规 划，并且如果是，则直接与马达驱动器中的运动规划器传递运动命令，而如果不是，则与工 业控制器内的运动规划器传递运动命令。通过修改工业控制器中的现有运动功能，控制程 序中不需要特定运动控制指令。本专利技术的一些实施例还允许实现运动规划器的驱动器与用来有助于分布式运动 控制的其他部件之间的对等通信。这些实施例可进一步提供针对时间临界运动信息允许快 速响应时间与低网络负担的事件驱动通信。具体地，本专利技术可提供一种工业控制器，该工业控制器具有网络接口和电子计算 机，其中该网络接口被适配成与一个或多个连接的马达驱动器通信，该电子计算机与网络 接口通信并执行存储的程序(例如，固件)，以接收提供运动控制指令的控制程序。可通过 识别与运动指令相关联的马达驱动器并确定所识别的马达驱动器是否能够执行运动规划 器来执行运动控制指令，该运动规划器提供用于利用运动控制指令根据运动命令来控制马 达的时序运动数据。如果存在该能力，则工业控制器将运动命令经由至所识别的驱动器的 网络接口传输到所识别的马达驱动器，否则，工业控制器将运动命令传输到工业控制器中 的运动规划器。因而，本专利技术的至少一个实施例的特征是允许个人利用运动指令创建控制程序而 不考虑在驱动器之间分配运动规划功能。本专利技术的至少一个实施例的另一特征是允许单个 控制程序与不同类型的马达驱动器一起统一工作。控制程序指令可通过对不依赖控制程序的、存储在工业控制器中的功能的调用来 执行，例如，如同固件一样。因此，本专利技术的至少一个实施例的特征在于提供运动规划的分配作为工业控制器 硬件的功能，而无需对控制程序本身的特定编译或其他预先修改。网络接口可被适配成实现控制器与马达驱动器之间的连接消息接发，从而在连接 之间预先分配网络通信容量。电子计算机执行存储的程序以打开控制器与驱动器之间的连 接，从而传递运动命令或运动数据。因此，本专利技术的至少一个实施例的特征在于不仅减小在进行一个或多个相关联的驱动器的运动规划器计算时对控制器的负担，而且减小网络通信量，因此，减少对在工业控 制器与这些驱动器之间大量分配控制器数据处理容量和通信容量的需要。对于通信容量，电子计算机可分配网络通信容量的第一部分以与能够执行运动规 划器的马达驱动器通信，其中，网络通信容量的第一部分小于为了与不能执行运动规划器 的马达驱动器通信而分配的网络通信容量的第二部分。因此，本专利技术的至少一个实施例的特征在于，即使在具有混合的遗留装置 (legacy)和有运动规划能力的驱动器的环境下，也考虑到减小对网络的负担根据驱动器能 力来定制网络容量。网络通信容量的第一部分可提供周期性数据传递与事件驱动数据传递的组合，事 件驱动数据传递是通过生成运动命令而触发的，并且网络通信容量的第二部分可以是根据 预定义的运动数据间隔的周期性数据传递。因此，本专利技术的至少一个实施例的特征在于，即使当分配相对小的网络容量时，也 能提供对马达相关命令的快速响应。非周期性传输的使用允许对运动命令的快速响应，从 而消除不必要的周期性通信。工业控制器可包括表示每个马达驱动器是否均包括固件的运动规划器的驱动器 简档。驱动器简档可由工业控制器用来确定所识别的马达驱动器是否能够执行运动。因此，本专利技术的至少一个实施例的特征在于提供一种使用普通数据结构(诸如， 工业控制内的驱动器简档)来自动确定马达驱动器的能力的简单方法。类似地，应理解，本专利技术可提供一种马达驱动器，其可与上述工业控制器一起工 作，其中，马达驱动器包括用于合成至马达的电源电压的开关电路、用于与工业控制器通信 的网络接口、以及与开关电路和网络接口通信并执行存储的程序(例如，固件)的电子计算 机。存储的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工业控制器，包括：网络接口，被适配成与一个或多个连接的马达驱动器通信；电子计算机，与所述网络接口通信并执行存储在非暂态存储介质中的程序，以：(1)接收提供运动控制指令的控制程序；(2)通过以下步骤执行所述运动控制指令：(a)识别与运动指令相关联的马达驱动器；(b)确定所识别的马达驱动器是否能够执行运动规划器，所述运动规划器在由通过执行运动控制指令引起的运动命令启动时提供用于控制马达的时序运动数据，并且如果能够，则将所述运动命令经由至所识别的驱动器的网络接口传输至所识别的马达驱动器，否则，将所述运动命令传输至所述工业控制器中的运动规划器。

【技术特征摘要】
2011.04.11 US 61/474,042;2011.04.11 US 61/474,0541.一种工业控制器，包括 网络接口，被适配成与一个或多个连接的马达驱动器通信； 电子计算机，与所述网络接口通信并执行存储在非暂态存储介质中的程序，以 (1)接收提供运动控制指令的控制程序； (2)通过以下步骤执行所述运动控制指令 (a)识别与运动指令相关联的马达驱动器； (b)确定所识别的马达驱动器是否能够执行运动规划器，所述运动规划器在由通过执行运动控制指令引起的运动命令启动时提供用于控制马达的时序运动数据，并且如果能够，则将所述运动命令经由至所识别的驱动器的网络接口传输至所识别的马达驱动器，否贝1J，将所述运动命令传输至所述工业控制器中的运动规划器。2.根据权利要求1所述的工业控制器，其中，所述控制程序的指令通过对存储在所述工业控制器中的、独立于所述控制程序的功能的调用来执行。3.根据权利要求2所述的工业控制器，其中，所述功能和运动规划器以固件存储在所述工业控制器中。4.根据权利要求3所述的工业控制器，其中，所述网络接口被适配成实现所述控制器与所述马达驱动器之间的连接消息接发，从而在连接之间预先分配网络通信容量，并且其中，所述电子计算机执行所存储的程序以打开所述控制器与所述驱动器之间的连接，从而传递运动命令或运动数据。5.根据权利要求4所述的工业控制器，其中，所述电子计算机执行所存储的程序以分配所述网络通信容量的第一部分，从而与能够执行运动规划器的马达驱动器通信，其中，所述网络通信容量的第一部分小于为了与不能执行所述运动规划器的马达驱动器通信而分配的所述网络通信容量的第二部分。6.根据权利要求5所述的工业控制器，其中，所述网络通信容量的第一部分是根据第一预定义的时间间隔的周期性的和由生成所述运动命令而触发的事件驱动的，并且所述网络通信容量的第二部分是根据小于所述第一预定义的时间间隔的第二预定义的时间间隔的周期性的。7.根据权利要求6所述的工业控制器，其中，所述控制器包括驱动器简档，所述驱动器简档表示每个马达驱动器是否均包括固件的运动规划器并且接着确定能够执行运动规划器的所识别的马达驱动器是否是指所述驱动器简档。8.根据权利要求7所述的工业控制器，其中，所述运动规划器对根据运动命令生成的运动轮廓进行总计，以提供作为多个运动轮廓的总和的、用于控制马达的时序运动数据。9.根据权利要求8所述的工业控制器，其中，所述运动指令包括用于在定义的位置之间移动马达的指令、用于以定义的速度移动马达的指令、以及用于使马达与另一马达协调地移动的指令。10.根据权利要求9所述的工业控制器，其中，所述控制程序是使用选自继电器梯形图逻辑、结构化文本和顺序功能图的编程语言生成的程序。11.一种马达驱动器，包括 开关电路，用于合成至马达的电源电压； 网络接口，用于与工业控制器通信；电子计算机，与所述开关电路和所述网络接口通信，并且执行存储在非暂态存储介质中的程序，以 (1)经由所述网络接口从工业控制器接收运动命令，所述运动命令表示所述工业控制器对运动指令的执行； (2)响应于所述运动命令，使用运动规划器来生成用于所述开关电路的时序运动数据；以及 (3)与所述工业控制器传递表示所述时序运动数据的至少一部分的运动轮廓的结束。12.根据权利要求11所述的马达驱动器，其中，所述运动规划器以固件存储在所述马达驱动器中。13.根据权利要求12所述的马达驱动器，其中，所述网络接口被适配成实现所述马达驱动器与所述控制器之间的连接消息接发，从而在连接之间预先分配网络通信容量，并且其中，所述电子计算机执行所存储的程序以接收所述控制器与所述驱动器之间的连接，从而传递运动命令或运动数据。14.根据权利要求13所述的马达驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克·A·查菲，
申请(专利权)人：洛克威尔自动控制技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：