[发明专利]具有分布式运动规划的工业控制系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求均于2011年4月11日提交的以下美国临时申请的优先权：序号61/474,027；序号61/474,042；序号61/474,054；序号61/474,073。各个临时申请的全部内容均通过引用合并于此。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。本发明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。

本发明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。