賦能柔性制造:MotionRT750 實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制內(nèi)核,提效不止 10% !
文: 深圳市正運(yùn)動(dòng)技術(shù)有限公司2025年第三期
公司介紹
深圳市正運(yùn)動(dòng)技術(shù)有限公司專(zhuān)注于運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)研究和通用運(yùn)動(dòng)控制軟硬件產(chǎn)品的研發(fā),是國(guó)家級(jí)高新技術(shù)和 專(zhuān)精特新企業(yè)。
正運(yùn)動(dòng)技術(shù)的運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品包括 2-24 軸脈沖型嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器、2-128 軸總線型嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器、2-24 軸 脈沖型網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制卡、2-128 軸總線型 PCI 運(yùn)動(dòng)控制卡、2-240 軸視覺(jué)運(yùn)動(dòng)控制一體機(jī)、人機(jī)界面、各類(lèi)擴(kuò)展 模塊等。
正運(yùn)動(dòng)技術(shù)一直致力于做更好用的運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品,經(jīng)過(guò)眾多合作伙伴多年的應(yīng)用開(kāi)發(fā),產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于3C電子、 半導(dǎo)體、新能源、汽車(chē)制造、機(jī)器人、印刷包裝、紡織服裝、激光加工、醫(yī)療制藥、數(shù)控加工、物流、軍工等領(lǐng)域。 正運(yùn)動(dòng)技術(shù)堅(jiān)持把產(chǎn)品質(zhì)量置于商業(yè)利益之上,堅(jiān)持以滿足需求為中心、以創(chuàng)造價(jià)值為根本、以提升體驗(yàn)為追求, 鍥而不舍地為智能制造提供更有價(jià)值的運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品、方案與服務(wù)。
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隨著精益柔性生產(chǎn)對(duì)速度與穩(wěn)定性要求的不斷提升,市 場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性與穩(wěn)定性也提出了更高標(biāo)準(zhǔn)。作為 現(xiàn)代先進(jìn)裝備的核心“大腦”,高性能運(yùn)動(dòng)控制以其高精度、 高速度、實(shí)時(shí)響應(yīng)和高靈活性的精細(xì)化特性,驅(qū)動(dòng)高端智能裝 備,實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)與柔性制造。
市面上常見(jiàn)的傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制方案主要有兩種:PC+運(yùn)動(dòng)控 制卡方案和PLC方案。
方案一:PC+運(yùn)動(dòng)控制卡方案
· 架構(gòu):由PC負(fù)責(zé)視覺(jué)處理、數(shù)據(jù)運(yùn)算和人機(jī)界面等上層 任務(wù),運(yùn)動(dòng)控制卡專(zhuān)司實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制,PC與運(yùn)動(dòng)控制卡之間通 常通過(guò)PCIe或PCI通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸;
· 應(yīng)用“痛點(diǎn)”:
通訊延遲:PCIe/PCI通訊存在較大的通訊交互延遲;
實(shí)時(shí)性不足:運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用程序運(yùn)行在Windows上,易 受系統(tǒng)調(diào)度抖動(dòng)影響,導(dǎo)致控制穩(wěn)定性與實(shí)時(shí)性降低。
方案二:PLC方案
· 應(yīng)用“痛點(diǎn)”:
軌跡控制能力弱:在復(fù)雜軌跡(如多軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ))控制方 面表現(xiàn)不足;
精度受限:難以滿足高精度加工場(chǎng)景的需求;
通訊瓶頸:與PC等上位系統(tǒng)進(jìn)行高效、大容量數(shù)據(jù)通訊 存在困難。
由此,實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制內(nèi)核MotionRT7應(yīng)運(yùn)而生。它深度融 合了PC的強(qiáng)大信息處理能力與運(yùn)動(dòng)控制卡的高性能軌跡 控制及 硬實(shí)時(shí)特性,充分發(fā)揮CPU的強(qiáng)勁算力優(yōu)勢(shì)。該內(nèi)核專(zhuān)為滿足 高速高精加工與復(fù)雜軌跡控制等嚴(yán)苛場(chǎng)景而設(shè)計(jì),為現(xiàn)代制造 提供更可靠、更精細(xì)的運(yùn)動(dòng)控制能力。
MotionRT750基于x86 CPU架構(gòu)。在Windows/Linux操作系統(tǒng)下能實(shí)現(xiàn)裸機(jī)運(yùn)行或強(qiáng)實(shí)時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)Local高速接 口與EtherCAT冗余總線技術(shù),可支持多達(dá)254軸的高精度運(yùn)動(dòng) 控制,控制周期可低至125μs,顯著提升設(shè)備性能,助力產(chǎn)能 提升至少20%。
1 全自主實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制內(nèi)核MotionRT750
(1)運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)內(nèi)核MotionRT750的實(shí)現(xiàn)機(jī)制
MotionRT750運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)內(nèi)核采用高效的多核CPU任務(wù) 分配策略:它將核心的運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器人算法、數(shù)控(CNC)及 機(jī)器視覺(jué)等實(shí)時(shí)任務(wù)集中運(yùn)行在1-2個(gè)專(zhuān)用CPU核上;與此同時(shí), 其余CPU核則專(zhuān)注于處理Windows/Linux相關(guān)的非實(shí)時(shí)任務(wù)。
通過(guò)集成MotionRT750 Runtime實(shí)時(shí)層與操作系統(tǒng)非實(shí)時(shí) 層,并利用高速共享內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,顯著提升了運(yùn)動(dòng)控制 與上層應(yīng)用間的通信效率及函數(shù)執(zhí)行速度,最終實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定、 更高效的智能裝備控制,確保了運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)的絕對(duì)實(shí)時(shí)性與系統(tǒng)穩(wěn)定性。
例如:在一個(gè)配備6核處理器(如Intel Core i5-8500) 的系統(tǒng)上,MotionRT750會(huì)獨(dú)占1個(gè)物理核心運(yùn)行實(shí)時(shí)控制任 務(wù),其余5個(gè)核心則完全用于處理Windows/Linux操作系統(tǒng)及 上層應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)資源的最優(yōu)分配。
(2)運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)內(nèi)核MotionRT750的性能優(yōu)勢(shì)
①運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)內(nèi)核MotionRT750與傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制卡/PLC 的交互速率對(duì)比
MotionRT750共享內(nèi)存的核間交互方式大幅度提升了交 互效率,單條指令的交互時(shí)間也快至us級(jí);相較于傳統(tǒng)的PCI/ PCIe、網(wǎng)口等通訊方式,速度提升了10-100倍以上,通訊速度 對(duì)比如下圖所示。
②MotionRT750超高速實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制卡與傳統(tǒng)PCI卡的場(chǎng) 景測(cè)試對(duì)比
同一套測(cè)試環(huán)境下,通過(guò)50次直線電機(jī)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和 10000次的IO循環(huán)翻轉(zhuǎn),測(cè)試數(shù)據(jù)如下:
MotionRT750(共享內(nèi)存交互):
· 平均單次讀寫(xiě)延遲:≈2.8μs
· 延遲穩(wěn)定性:極高(波動(dòng)極?。?br>傳統(tǒng)方案(PCI通信):
· 平均單次讀寫(xiě)延遲:≈51μs
· 延遲穩(wěn)定性:較差(波動(dòng)顯著)
統(tǒng)計(jì)整個(gè)控制周期的執(zhí)行時(shí)間,采用MotionRT750實(shí)時(shí)內(nèi) 核的方案比傳統(tǒng)PCI通信方案縮短了約2500ms,整體控制效率 提升超過(guò)17.1%。從實(shí)時(shí)性和效率性考慮,運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)內(nèi)核 MotionRT750更適合高速高精的場(chǎng)合。
(3)EtherCAT總線冗余,支持32軸同步控制與125us硬 實(shí)時(shí)周期
環(huán)形冗余架構(gòu)實(shí)現(xiàn)原理是:通過(guò)將末端從站的EtherCAT OUT端口回連至主站,構(gòu)建物理環(huán)形通訊鏈路。當(dāng)線性鏈路中 任意從站發(fā)生故障時(shí),系統(tǒng)將快速自動(dòng)切換至另一路徑,確保非故障從站持續(xù)保持正常EtherCAT通信,可顯著提升系統(tǒng)可靠 性與運(yùn)行穩(wěn)定性。
針對(duì)連續(xù)生產(chǎn)場(chǎng)景對(duì)設(shè)備24/7不間斷運(yùn)行的要求, MotionRT750的冗余機(jī)制實(shí)現(xiàn)EtherCAT通訊的更可靠和更穩(wěn) 定,可有效杜絕非計(jì)劃停產(chǎn)導(dǎo)致的產(chǎn)能損失。
(4)多通道EtherCAT架構(gòu)實(shí)現(xiàn)254軸同步控制
運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)內(nèi)核MotionRT750可以實(shí)現(xiàn)多卡多通道 EtherCAT總線,軸數(shù)控制可達(dá)254軸,總線周期500μs,自由 靈活搭配從站資源,具備低延遲、高帶寬和精確同步的特點(diǎn), 適合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和多工位協(xié)同的應(yīng)用場(chǎng)景。
(5)PC藍(lán)屏/宕機(jī)/崩潰也能正常運(yùn)行的實(shí)時(shí)內(nèi)核
當(dāng)Windows因病毒入侵、硬件異常插拔或驅(qū)動(dòng)沖突導(dǎo)致 系統(tǒng)崩潰時(shí),運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)內(nèi)核MotionRT750仍可持續(xù)運(yùn)行,且 急停功能仍然保持有效,提供充分響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行事故處置,顯 著提升工業(yè)控制安全性與可靠性。
(6)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)總結(jié)
· 跨平臺(tái)兼容性:支持Windows/Linux系統(tǒng),適配不同等 級(jí)CPU;
· 開(kāi)發(fā)靈活性:提供多語(yǔ)言編程接口,便于二次開(kāi)發(fā)與功 能定制;
· 實(shí)時(shí)性提升:通過(guò)CPU內(nèi)核獨(dú)占機(jī)制與高效LOCAL接口, 實(shí)現(xiàn)2-3μs指令交互周期,較傳統(tǒng)PCI/PCIe方案提速近20倍;
· 擴(kuò)展能力強(qiáng)化:多卡多EtherCAT通道架構(gòu)支持254軸運(yùn) 動(dòng)控制及500μsEtherCAT周期;
· 系統(tǒng)穩(wěn)定性:32軸125μs EtherCAT冗余架構(gòu)消除單點(diǎn)故 障風(fēng)險(xiǎn),保障連續(xù)生產(chǎn);
· 安全可靠性:不懼Windows系統(tǒng)崩潰影響,藍(lán)屏?xí)r仍可 維持急停與安全停機(jī)功能有效,確保產(chǎn)線安全運(yùn)行;
· 功能擴(kuò)展性:實(shí)時(shí)內(nèi)核支持C語(yǔ)言程序開(kāi)發(fā),方便功能 拓展與實(shí)時(shí)代碼提升效率。
2 運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)內(nèi)核MotionRT750應(yīng)用場(chǎng)景
(1)高速轉(zhuǎn)塔測(cè)試分選設(shè)備上的應(yīng)用
主要組成:EtherCAT超高速實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制卡XPCIE1032H 運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)內(nèi)核MotionRT750。
系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多軸同步控制和高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)?,確保多個(gè) 工序在旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)依次對(duì)芯片進(jìn)行測(cè)試、分選、收料、編帶 等,使整個(gè)測(cè)試分選過(guò)程高效穩(wěn)定地運(yùn)行,單位時(shí)間產(chǎn)量達(dá)到 55K+,相比傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制卡方案,效率提升10%以上。
(2)高速插件機(jī)的應(yīng)用
主要組成:EtherCAT超高速實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制卡XPCIE1032H 運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)內(nèi)核MotionRT750。
插件頭拾取元件后,XY直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)到檢測(cè)相機(jī)上 方進(jìn)行飛拍,對(duì)元件引腳進(jìn)行檢測(cè)和定位,從而保證插件更加 精準(zhǔn),優(yōu)化路徑、保證XY平臺(tái)運(yùn)行路徑最短,可實(shí)現(xiàn)0.6s/pcs 的節(jié)拍,重復(fù)定位精度可達(dá)±0.01mm,相較于傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控 制方案,節(jié)拍更快,精度更高,穩(wěn)定性更好。
(3)六面外觀檢測(cè)高速視覺(jué)篩選機(jī)的應(yīng)用
主要組成:EtherCAT超高速實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制卡XPCIE1032H 運(yùn)動(dòng)控制實(shí)時(shí)內(nèi)核MotionRT750。
系統(tǒng)具備多核并行運(yùn)算能力,可解決傳統(tǒng)方案中視覺(jué)與運(yùn) 動(dòng)控制的數(shù)據(jù)交互速度慢等問(wèn)題,顯著提升六面外觀檢測(cè)設(shè)備 的效率和精度,可實(shí)現(xiàn)15000+pcs/分鐘的IO觸發(fā)檢測(cè)速度, 適用于攝像頭零部件、鋰電池零部件、磁性材料、電子原件、塑 料橡膠制品、螺絲螺母、電子元器件、精密五金件等加工領(lǐng)域。
(4)DELTA視覺(jué)柔振上下料解決方案
主要組成:高集成機(jī)器視覺(jué)運(yùn)動(dòng)控制一體機(jī)VPLC712+運(yùn) 動(dòng)控制實(shí)時(shí)內(nèi)核MotionRT750。
DELTA柔振上下料專(zhuān)用方案實(shí)現(xiàn)即插即用一站式解決方案, VPLC系列視覺(jué)運(yùn)動(dòng)控制一體機(jī)結(jié)合柔性振動(dòng)盤(pán)和輕量化結(jié)構(gòu)的 DELTA機(jī)械手,實(shí)現(xiàn)高精度物料識(shí)別與高速上下料,適應(yīng)多品類(lèi) 小批量生產(chǎn),可滿足市場(chǎng)對(duì)靈活供料的需求,克服了傳統(tǒng)供料方 式的局限,實(shí)現(xiàn)了快速物料切換和配置工藝,且提升兼容性。
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