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运动控制技术是推进制造业革新的核心技术之一。随着工业生产的发展,对控制系统的功能多样性的要求越来越强。因此要求运动控制系统具备一个开放、柔性的体系结构,而功能软件化则是实现该体系结构的有效途径。运动控制总线技术将运动控制器与伺服系统等终端模块组成了一个数字化整体,其中实时以太网技术的成熟又极大促进了运动控制技术的发展,进一步推进了运动控制系统的软件化。为能够在更短的时间内,设计出品质可靠且功能丰富的运动控制系统,亟需实现开放、可重构的控制系统体系结构,并且需要一种便捷有效的测试方法测试构建的运动控制系统的功能。机器视觉系统常被作为运动控制系统的一个关键功能拓展。对于基于PC的机器视觉系统,强大的计算性能可以有效缩短图像处理时间。但是Windows并不是一个实时操作系统,图像采集处理及其与运动控制的数据交互的时间抖动性较大,无法适用于对实时性要求较高的应用需求。专用于图像采集处理的嵌入式系统具有较强的实时性,通过通信总线或I/0将图像处理结果传递给运动控制器,但是仅能使用内置的机器视觉算法,功能拓展性不足。因此运动控制系统亟需一种开放式实时机器视觉系统,本文利用软运动控制器在实时域的开放性,对视觉集成的运动控制平台的设计方法进行研究,将机器视觉与运动控制运行在同一个实时域内,从而可有效提高机器视觉的实时性。本文基于Windows+Kithara Real-time Suite(KRTS)为开放式软运动控制器设计了一个基础实时运行环境,经过测试在Symmetric Multi-Processing(SMP)硬件架构下,系统对网卡的系统响应时间的最大值不超过13μs。在此此环境下本文为自主研发的实时以太网Ethernet for Manufacture Automation Control(EtherMAC)设计了主站协议栈,使其最小通信周期达到100μs。参照PLCopen的Motion Control部分的功能规范,给出了开放式软运动控制器的可编程接口的实现方法并通过设计的控制资源层以降低实时以太网与软运动控制器之间的耦合性。给出了运行在实时域内的机器视觉功能的设计方法,以开放式图像传输协议GigE Vision作为图像采集接口,并可重用Windows上丰富的图像处理软件资源。最后,通过依据以上方法设计的视觉引导的机器人控制系统验证了本文设计的集成视觉的运动控制平台的功能可行性。实时以太网是运动控制系统的数据纽带,也是软件功能表达的直接接口,以实时以太网传输数据为基础,给出了一种基于数据逆向分析的运动控制系统软件功能测试方法。为避免对实时以太网正常通信的影响,基于Field Programmable Gate Array (FPGA)设计了一种无延时的数据监听方法。以EtherMAC实时以太网为例,给出了数据链路层和应用层解析方法,从而可提取出有效的运动控制数据,并以基于EtherMAC的数控系统作为测试对象进行了测试功能验证。该测试方法无需连接机械系统或修改电气线路,即可评测运动控制系统的软件功能。本文的研究成果为实时机器视觉应用提供了一种开放且成本低廉的实现方案,并为运动控制系统的功能测试提供了一种简单高校的测试方法,测试成本低。