【摘要】：隨著中國(guó)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型和升級(jí),自動(dòng)化設(shè)備的需求量將越來越大。運(yùn)動(dòng)控制器作為自動(dòng)化設(shè)備的控制核心其需求量也將隨著變大。為了適應(yīng)目前越來越智能化、網(wǎng)絡(luò)化、高速化以及多樣化的自動(dòng)化設(shè)備的發(fā)展,現(xiàn)代的運(yùn)動(dòng)控制器必須要有能集成各種傳感器設(shè)備的能力,良好的網(wǎng)絡(luò)通信能力,強(qiáng)大的計(jì)算能力,高可靠性,以及高度的開放性和易用性。然而目前國(guó)內(nèi)大部分運(yùn)動(dòng)控制器存在網(wǎng)絡(luò)通信能力不強(qiáng),開放性不夠,性價(jià)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(guó)裝備制造業(yè)的發(fā)展。針對(duì)上述問題,本文基于德國(guó)Kithara公司的windows實(shí)時(shí)拓展套件KRTS設(shè)計(jì)了一種總線式軟運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái),給出了從運(yùn)動(dòng)控制程序開發(fā)端到運(yùn)行端的一整套解決方案。該平臺(tái)以IPC為硬件平臺(tái),以安裝了 KRTS實(shí)時(shí)拓展套件的windows系統(tǒng)為軟件平臺(tái),支持EtherCAT和EtherMAC總線接口,提供符合PLCopen規(guī)范的運(yùn)動(dòng)控制庫(kù)、內(nèi)核實(shí)時(shí)應(yīng)用程序數(shù)據(jù)通信接口,以及圖形化平臺(tái)管理工具。此外設(shè)計(jì)的平臺(tái)還能集成實(shí)時(shí)視覺功能,并支持用戶對(duì)系統(tǒng)組件庫(kù)的拓展。本文分別從平臺(tái)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)總線驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)及其封裝集成,平臺(tái)功能組件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn),平臺(tái)管理工具及其使用策略設(shè)計(jì)這三個(gè)方面闡述構(gòu)建的總線式軟運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)于平臺(tái)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)總線驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)及其封裝集成,為了說明在本文設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)下對(duì)其他KRTS未支持的總線驅(qū)動(dòng)及其接口開發(fā)過程,設(shè)計(jì)了課題組自主研發(fā)的EtherMAC在設(shè)計(jì)的軟運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)下的驅(qū)動(dòng)及其接口。同時(shí)為提高驅(qū)動(dòng)接口的易用性,設(shè)計(jì)了一個(gè)主站驅(qū)動(dòng)接口封裝集成方法,并以應(yīng)用最廣泛的且KRTS支持的EtherCAT驅(qū)動(dòng)接口為例,詳細(xì)說明了驅(qū)動(dòng)接口封裝和集成的實(shí)現(xiàn)過程。平臺(tái)功能組件的設(shè)計(jì),其分為平臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制庫(kù)設(shè)計(jì)以及平臺(tái)數(shù)據(jù)通信方案及其接口設(shè)計(jì)。對(duì)于平臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制庫(kù)的設(shè)計(jì),為了方便用戶使用,本文參照PLCopen運(yùn)動(dòng)控制規(guī)范構(gòu)建平臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制庫(kù),并從運(yùn)動(dòng)控制功能塊用戶使用接口形式,虛擬軸CiA402數(shù)據(jù)接口,功能塊的實(shí)現(xiàn),以及運(yùn)動(dòng)控制算法等方面詳細(xì)闡述了運(yùn)動(dòng)控制庫(kù)設(shè)計(jì)方法。對(duì)于平臺(tái)數(shù)據(jù)通信方案及接口的設(shè)計(jì),本文分別設(shè)計(jì)了本地應(yīng)用通信和遠(yuǎn)程應(yīng)用通信方案,而后對(duì)遠(yuǎn)程通信方案的用戶使用接口進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于平臺(tái)管理工具的設(shè)計(jì),本文主要從系統(tǒng)配置和狀態(tài)管理,實(shí)時(shí)以太網(wǎng)總線資源管理,任務(wù)管理,全局資源管理以及用戶實(shí)時(shí)應(yīng)用管理這幾個(gè)方面,對(duì)其設(shè)計(jì)的功能做詳細(xì)介紹,并在這基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了平臺(tái)的使用策略。最后,本文通過一個(gè)五軸串聯(lián)機(jī)器人應(yīng)用項(xiàng)目,來驗(yàn)證設(shè)計(jì)的平臺(tái)。此外還搭建了一個(gè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性測(cè)試平臺(tái),對(duì)系統(tǒng)定時(shí)器抖動(dòng)進(jìn)行測(cè)試,以此來驗(yàn)證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)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(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP273

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本文編號(hào)：2286083