专利名称：驱控一体化控制器和控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及工业控制系统，特别是涉及一种驱控一体化的工业自动控制控制器及控制系统。本申请人所申请的中国专利(申请号200910105508. 7)公开的内容以引用方式结合到本文。
背景技术：
目前，为适应日益提升的工业控制应用需求，需要提供具备更佳的实时性和可交互性，具有良好的可二次开发性，且结构更紧凑、性价比更高的工业控制系统。
发明内容
本发明的主要目的就是针对现有技术的不足，提供一种驱控一体化控制器及应用此控制器的控制系统。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案 一种驱控一体化控制器，其特征如下，
所述驱控一体化控制器包括接口、用于运行应用层操作系统、用户应用程序和实现人机交互的工业控制计算机模块IPC (Industrial Personal Computer)、用于运动控制和运动规划的运动控制器MC (Motion Controller)、用于驱动执行部件的驱动器以及用于逻辑处理及完成输入输出控制的可编程逻辑控制器PLC (Programmable Logic Controller)； 所述驱控一体化控制器具有一个包括应用层、实时调度层及实时控制层的系统，所述应用层用于运行应用程序开发工具软件，供用户开发并编译程序，实现通讯以及人机界面交互；所述实时调度层用于运行用户开发的应用程序，实时调度所述实时控制层上的操作指令，对硬件进行操作；所述实时控制层用于执行所述操作指令，完成控制操作；
所述实时调度层配置成比计算机操作系统的Kernel内核优先级别更高的实现体，用户应用程序下载到所述驱控一体化控制器后工作在所述实时调度层，按设定的优先级进行调度，以确保所述工业控制计算机模块载入的用户应用程序在相应时间片开始执行，完成所述实时控制层的相关工作，以满足预设的实时性要求。优选地，所述实时控制层包括用于实现所述运动控制和运动规划的运动控制模块以及根据所述运动控制模块的输出驱动电机的驱动模块；
所述运动控制包括位置控制、速度控制及电流控制，进行电机控制相关的位置及速度估算、定子电流估计及坐标解算，根据计算结果产生电机的驱动控制信号，以完成电机的速度控制及电流控制。优选地，所述位置及速度估算是根据安装在电机侧或负载工作台侧的位置传感器反馈信号计算电机的转子位置或工作台位置，进而估算转子或工作台的速度；
所述定子电流估计及坐标解算是根据安装在所述驱动模块的电流传感器测量值，估计交流电机的各相电流，进而完成交流电机控制所需的交直和直交转换；
所述电机的速度控制及电流控制为闭环控制，使得所估算的转子或工作台的速度、电机的电流跟踪系统给定的目标速度值和电流值，实现电机的稳定运行。优选地，所述运动规划包括实时运动规划，所述实时运动规划包括用于实现点位运动和连续轨迹运动的梯形和S型运动规划。优选地，所述运动控制还包括基于多种现场总线的分布式控制。优选地，所述实时控制层还包括用于通过I/O设备完成逻辑控制操作的逻辑控制模块和用于的网络设备控制与管理的网络控制模块。优选地，所述应用层包括功能接口模块、I/O组态模块和人机交互模块； 所述I/O组态模块用于配置组态信息，并将组态信息发送到所述实时调度层； 所述功能接口模块用于给所述实时调度层提供功能模块资源；
所述人机交互模块用于生成人机交互界面，以显示所述实时控制层的操作信息。优选地，所述实时调度层包括实时运行系统，所述实时运行系统根据所述组态信息从所述功能接口模块中调用资源，最终调用固化在所述实时控制层的操作指令；
所述实时运行系统包括代码翻译模块和复杂算法模块；
所述代码翻译模块对所述功能模块内的文件译码单元所编译的数据格式进行解析； 所述复杂算法模块完成所述代码翻译模块解析所得到的数据需要进行的复杂算法运算，得到所述实时运行系统可识别的输入信息，复杂算法模块优选包括速度预处理子模块、 曲线拟合子模块和复杂运动轨迹描述子模块，用以完成对用户输入信息的进一步解析，以便所述实时运行系统有效识别并执行。优选地，所述实时运行系统还包括配置模块、数据交互模块和故障诊断模块； 所述配置模块接收用户通过应用层中的I/O组态模块配置并通过内部总线传输的组
态信息，所述实时控制层根据所述复杂算法模块得到的输入信息以及所述配置模块接收到的组态信息，调用对应的操作指令来执行相应的操作；
所述数据交互模块用于实时监测所述实时控制层执行的操作信息，并将其传输到应用层的人机交互界面上进行显示；
所述故障诊断模块用于实时监测所述实时控制层的故障信号，并将所述故障信号传输至所述应用层的人机交互界面进行显示。优选地，所述工业控制计算机模块和所述可编程逻辑控制器在同一 CPU芯片或芯片组上实现；
所述运动控制器和所述驱动器在数字信号处理器上实现；
所述驱控一体化控制器还包括现场可编程门阵列和功率模块；
所述接口包括人机交互接口模块、以太网接口模块、现场总线接口模块和I/O接口模
块；
所述现场可编程门阵列是所述工业计算机模块、所述数字信号处理器及各外部设备接口模块进行信息交互的平台；
所述数字信号处理器是驱控一体化控制器进行实时控制的平台；
所述功率模块是驱动执行部件的功率放大单元和所述驱控一体化控制器的供电单
元；
所述人机交互接口模块是所述工业计算机模块与人机交互设备的接口单元； 所述I/O接口模块是所述数字信号处理器与外部信号的接口单元；所述现场总线接口模块是现场总线的物理层接口单元； 所述以太网接口模块是以太网的物理层接口单元。一种驱控一体化控制系统，其特征如下
所述驱控一体化控制系统包括执行部件例如电机、人机交互设备和前述的任一种驱控一体化控制器；
所述执行部件是运动的执行机构，其被控端耦合到所述驱控一体化控制器的驱动信号的输出端；
所述人机交互设备是用户与控制器信息交互的平台，可包括监视器和键盘等。优选地，所述驱控一体化控制系统还包括I/O设备和以太网设备；
所述I/O设备通过现场总线与所述驱控一体化控制器相连，用于与系统外部的低速被控对象交互，完成输入输出物理信息的转换与通信；
所述以太网设备通过以太网与所述驱控一体化控制器相连，用于与系统外部的高速被控对象交互，完成输入输出物理信息的转换与通信。本发明具有以下方面的优点
本发明的驱控一体化控制器采用一体化的平台，包括工业控制计算机模块、运动控制器、驱动器和可编程逻辑控制器，且其具有一个包括应用层、实时调度层及实时控制层的系统；其中，工业控制计算机模块作为上位控制模块，可运行计算机桌面操作系统例如 Windows系统，作为应用程序运行平台和用户应用程序开发平台，能实现人机交互、工艺流程设计、图形/文本化指令流处理、系统调试工作等；运动控制器作为实时处理模块，可实现系统的位置规划、速度及加速度规划、实时运动控制，完成机械系统各种I/O控制及安全保护工作；通过这种采用一体化紧密结合的控制器硬件架构，并利用应用层、实时调度层及实时控制层构成的特定系统架构，且使实时调度层中控制程序调度相对于系统操作系统程序的优先级，将原本分离且功能单一的工业过程控制、运动控制、驱动及可编程逻辑处理的功能有机整合在一个控制器中，从而得以提供强大、高效的实时运动控制和规划、人机交互处理以及逻辑处理等功能。本发明与以往的嵌入式控制系统相比，后者采用微控制器MCU方式只能实现简单的通信及人机交互，本发明则能运行诸如Windows XP/CE等强大的桌面计算机操作系统，提供强大且多样的通信方式，运行用户应用程序，完成复杂的人机交互、指令流处理、系统调试等功能，其中工业控制计算机模块在应用层、实时调度层及实时控制层三层机制上运行系统集成工具，其作为计算机可编程自动控制系统设计工具，为用户有效组织应用系统各模块提供有效方法，用户可以更灵活、开放地进行系统配置，完成二次开发，定制自己的用户程序。同时，本发明与以往的大多控制系统相比，后者是在操作系统如Windows系统应用层通过VC++/VB/Delphi等工具设计完成用户应用程序，用户应用程序也工作在Windows 应用层，受Windows操作系统的Windows Kernel调度，由于Windows操作系统运行了很多不同的应用程序，Windows操作系统根据优先级调度各应用程序，因而用户应用程序的运行时刻无法保证。本发明为实现运动控制和运动规划的有效性和实时性，以及实时完成被驱动系统各种1/0控制及安全保护工作，在提供了应用层、实时调度层及实时控制层三层系统架构的基础上，进一步将实时调度层配置成一个比计算机操作系统的Kernel内核优先级别更高的实现体，用户应用程序下载到驱控一体化控制器后工作在实时调度层，按设定的优先级进行调度，以使载入工业控制计算机模块的用户应用程序在相应时间片开始执行，由一体化控制器中的运动控制器、可编程逻辑控制器等按所述时间片完成实时控制层的相关工作，以满足预设的实时性要求。从而，本发明建立起工业控制计算机模块、运动控制器、驱动器和可编程逻辑控制器之间以及驱控一体化控制器与外部设备之间的实时和高效交互，有效地满足了工业控制应用的实时性需求。此外，本发明与以往的开放式结构的控制方案(例如采用IPC或PLC或运动控制卡方式)相比，后者需要通过不同的零部件供应商选择各部件进行外接组合来搭建一个大的控制系统，各部分之间可交互性差，在信号通路上传输环节大大增加，造成了辅助信号的增加和传输信息质量不必要的下降，导致系统模块间连接的复杂化及系统整体性能的瓶颈。 使用本发明的驱控一体化控制器，设备的电气系统紧凑得多，与以往的控制系统相比，本发明能够减少模块间大量连线，使得设备控制系统结构简单紧凑、有效节约了成本。综上，本发明的驱控一体化控制器能提供强大可靠的实时运动控制与规划、人机交互处理及逻辑处理等功能；应用本发明提出的控制器系统架构，相比以往的技术方案，达到同样应用功能水平的工业控制系统的复杂程度大大降低，系统组成更加模块化，成本更低；所采用的三层系统架构提供了基于CPAC (计算机可编程自动化控制化)的系统集成工具，设计者可以快速方便的把一体化控制系统平台应用于各个不同领域。
图1为本发明一个实施例的驱控一体化控制系统的结构框图； 图2为本发明一个实施例的驱控一体化控制器内部结构框图3为本发明一个实施例的驱控一体化控制器及控制系统的系统架构图。
具体实施例方式以下通过实施例结合附图对本发明进行进一步的详细说明。参见图1，根据本发明的实施例，驱控一体化控制器包括工业控制计算机模块 IPC、运动控制器MC、可编程逻辑控制器PLC、驱动器Driver以及相关接口，其中，工业控制计算机模块IPC用于运行应用层操作系统、用户应用程序和实现人机交互；运动控制器MC 用于运动控制和运动规划；驱动器Driver用于驱动执行部件；可编程逻辑控制器PLC用于逻辑处理及完成相关的输入输出控制。参见图3，所述驱控一体化控制器具有一个包括应用层、实时调度层及实时控制层的系统，其中，所述应用层用于运行应用程序开发工具软件，供用户开发并编译程序，实现近程或远程通讯以及本机或网络人机界面交互功能；所述实时调度层用于运行用户开发的应用程序，实时调度所述实时控制层上的操作指令，对硬件进行操作；所述实时控制层用于执行所述操作指令，完成控制操作。根据本发明的实施例，所述实时调度层配置成比计算机操作系统的Kernel内核优先级别更高的实现体，用户应用程序下载到所述驱控一体化控制器后工作在所述实时调度层，按设定的优先级进行调度，确保工业控制计算机模块载入的用户应用程序在相应时间片开始执行，并由驱控一体化控制器中的模块例如运动控制器、驱动器、可编程逻辑控制器在用户应用程序的执行过程中完成在所述实时控制层的有关工作，从而满足预设的实时性操控要求。在一些实施例中，工业控制计算机模块IPC实现包括人机交互、指令流处理、系统调试等功能，而且，工业控制计算机模块IPC还基于包含应用层、实时调度层及实时控制层的系统，运行系统集成工具，提供对控制方案进行二次开发的功能。在一个具体实例中，所述工业计算机模块采用功能强大的工控机专用CPU芯片组，可以挂接容量超过4G的DOM 盘，能运行诸如Windows XP/CE等强大的桌面操作系统，提供强大且多样的通信方式，用于运行用户应用程序，完成复杂的人机交互、指令流处理、系统调试等功能；所述人机交互用于为用户指令输入及参数变量设置提供接口，便于系统为用户提供各种图形化、数字化及文本化系统信息；所述指令流处理用于完成指令解析，输出运动控制器能理解的运动指令； 所述系统调试用于调试系统运动控制模块及驱动模块，达到系统的性能要求。所述应用层可包括功能接口模块、I/O组态模块和人机交互模块，其中，所述I/O 组态模块用于配置组态信息，并将组态信息发送到所述实时调度层；所述功能接口模块用于给所述实时调度层提供功能模块资源；所述人机交互模块用于生成人机交互界面，以显示所述实时控制层的操作信息。在一些实施例中，所述实时调度层包括实时运行系统，所述实时运行系统根据所述组态信息从所述功能接口模块中调用资源，最终调用固化在所述实时控制层的操作指令。所述实时运行系统包括代码翻译模块和复杂算法模块，所述代码翻译模块对所述功能模块内的文件译码单元所编译的数据格式进行解析；所述复杂算法模块完成所述代码翻译模块解析所得到的数据需要进行的复杂算法运算，得到所述实时运行系统可识别的输入信息，复杂算法模块优选包括速度预处理子模块、曲线拟合子模块和复杂运动轨迹描述子模块，用以完成对用户输入信息的进一步解析，以便所述实时运行系统有效识别并执行。所述实时运行系统优选还包括配置模块、数据交互模块和故障诊断模块。所述配置模块接收用户通过应用层中的I/O组态模块配置并通过内部总线传输的组态信息，所述实时控制层根据所述复杂算法模块得到的输入信息以及所述配置模块接收到的组态信息， 调用对应的操作指令来执行相应的操作；所述数据交互模块用于实时监测所述实时控制层执行的操作信息，并将其传输到应用层的人机交互界面上进行显示；所述故障诊断模块用于实时监测所述实时控制层的故障信号，并将所述故障信号传输至所述应用层的人机交互界面进行显示。在优选的实施例中，所述实时控制层包括用于实现所述运动控制和运动规划的运动控制模块以及根据所述运动控制模块的输出驱动电机的驱动模块，其中所述运动控制包括位置控制、速度控制及电流控制。区别于常规运动控制，除可用于实现诸如直线、圆弧插补操作、产生位置规划完成位置控制和运动跟踪等常规功能外，所述运动控制还可进行如电机控制相关的位置及速度估算、定子电流估计及坐标解算，根据计算结果产生电机的驱动控制信号，以完成电机的速度控制及电流控制，达到更佳的控制性能。在更优的一些实施例中，所述位置及速度估算是根据安装在电机侧或负载工作台侧的位置传感器反馈信号计算电机的转子位置或工作台位置，进而通过观测器估算转子或工作台的速度；所述定子电流估计及坐标解算是根据安装在所述驱动模块的电流传感器测量值，估计交流电机的各相电流，进而完成交流电机控制所需的交直和直交转换；所述电机的速度控制及电流控制可应用闭环的控制策略和算法，使得上述所估算的转子或工作台的速度、电机的电流跟踪系统给定的目标速度值和电流值，实现电机的稳定运行。所述运动规划通常包括实时运动规划，所述实时运动规划例如是复杂的梯形和S 型运动规划等，这些运动规划可以使被控对象完成所需的点位运动和连续轨迹运动。所述运动控制优选还包括基于多种现场总线的分布式控制。例如，所述分布式控制同时支持高速和低速两种现场总线，实现生产过程自动化控制和高速实时控制。在一些实施例中，所述实时控制层还可以包括用于通过I/O设备完成逻辑控制操作的逻辑控制模块和用于的网络设备控制与管理的网络控制模块。例如，通过网络控制模块在实时控制层完成对高速网络设备的控制与管理。除此之外，所述实时控制层还可以用于实施系统保护等。所述驱控一体化控制器中，所述驱动器可以是用于各种电机驱动的类型，驱动器实现功率的放大，完成对执行部件的驱动。在各种实施例中，驱动器可包含模块包括整流模块、逆变模块、开关电源模块、相关信号采集及调理模块、安全保护模块及相关状态检测模块等。例如，通过驱动模块，完成对输入交流电的整流滤波、电机控制所需三相交流电的逆变及相关的保护功能。所述可编程逻辑控制器用于实现逻辑处理，完成各种输入输出逻辑控制操作。所述可编程逻辑控制器可基于系统集成工具编程进行二次开发，完成对过程控制量的逻辑处理。可编程逻辑控制器可以是独立配置的可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器优选是与所述工业控制计算机模块在同一计算机CPU芯片或芯片组上实现。图2展示了一种具体实施例的驱控一体化控制器内部架构。该控制器包括控制部分和接口部分，控制部分包括工业计算机模块101 (CPU芯片组)、大规模现场可编程门阵列 FPGA102、实时运动控制DSP103、功率模块104，接口部分包括人机交互接口模块105、I/O接口模块106、现场总线接口模块107及以太网接口模块108，用于与控制器外部的人机交互设备、I/O设备、现场总线及以太网相连接。工业计算机模块101是应用层操作系统的运行平台、用户应用程序的运行平台以及人机交互接口模块105的控制器；大规模现场可编程门阵列FPGA102是工业计算机模块101、实时运动控制DSP103及各外部设备接口模块进行信息交互的平台；实时运动控制 DSP103是驱控一体化控制器进行实时控制的平台，完成相关运动规划、运动控制、网络控制等工作；功率模块104是驱动电机的功率放大单元，同时也作为其它模块的供电单元；人机交互接口模块105是工业计算机模块101与外部人机交互设备300的接口单元；I/O接口模块106是实时运动控制DSP103与外部信号的接口单元；现场总线接口模块107是现场总线的物理层接口单元；以太网接口模块108是以太网的物理层接口单元。在另一方面，本发明还提供一种驱控一体化控制系统，所述驱控一体化控制系统包括执行部件例如电机、人机交互设备和前述任一种实施例的驱控一体化控制器。所述执行部件是运动的执行机构，其被控端耦合到所述驱控一体化控制器的驱动信号的输出端； 所述人机交互设备是用户与控制器信息交互的平台，可包括监视器和键盘等。所述驱控一体化控制系统还可以包括I/O设备和以太网设备。所述I/O设备通过现场总线与所述驱控一体化控制器相连，用于与系统外部的低速被控对象交互，完成输入输出物理信息的转换与通信。所述以太网设备通过以太网与所述驱控一体化控制器相连，用于与系统外部的高速被控对象交互，完成输入输出物理信息的转换与通信。再参见图1，一种优选实施例的驱控一体化控制系统包括驱控一体化控制器 100、电机200、人机交互设备HMI300、I/O设备400、以太网设备500、现场总线600及以太网 700。驱控一体化控制器100负责运行用户应用程序，根据运动指令完成相关运动规划、运动控制、电机的驱动、网络控制、逻辑处理等工作；电机200是运动的执行机构，是驱控一体化控制器100直接控制对象之一；人机交互设备300是用户与控制器信息交互的平台，可包括监视器和键盘等；I/O设备400可用于驱控一体化控制器100与应用系统外部低速被控对象交互，完成输入输出物理信息的转换与通信；以太网设备500可用于驱控一体化控制器100与系统外部的高速被控对象交互，完成输入输出物理信息的转换与通信；现场总线600是驱控一体化控制器100与I/O设备400进行信息交互的物理信道；以太网700 是驱控一体化控制器100与以太网设备500进行信息交互的物理信道。图3详细地展示了一个优选实施例所采用的由应用层、实时调度层和实时控制层组成的系统架构。应用层包括功能接口模块S811、I/O组态模块S812和人机交互模块 S813。其中人机交互模块用于生成人机交互界面，以显示实时控制层的硬件操作信息和故障信息，实现人机实时交互。用户可以通过应用层的I/O组态模块S812根据使用需要给系统配置组态信息，功能接口模块S811用于给实时调度层提供功能资源。实时调度层中的实时运行系统根据组态信息从功能接口模块S811中调用相关资源，最终通过访问固化在实时控制层的DSP、FPGA的操作指令，对硬件进行操作。实时调度层包括代码翻译模块S821、复杂算法模块S822、配置模块S823、故障诊断模块S8M以及数据交互模块S825。代码翻译模块S821对应用层功能模块S811内的文件译码单元所编译的数据格式进行解析；复杂算法模块S822完成代码编译模块S821解析所得到的数据需要进行的复杂算法运算，得到实时运行系统可识别的输入信息；复杂算法模块S822可以包括速度预处理、曲线拟合、复杂运动轨迹描述等子模块，完成对用户输入信息的进一步解析，以便实时运行系统有效识别并执行。配置模块S823接收用户通过应用层中的I/O组态模块S812配置并通过内部总线传输的组态信息。实时控制层根据复杂算法模块S822得到的输入信息，以及配置模块接收到的组态信息，调用对应的操作指令来执行相应的操作。故障诊断模块S8M实时监测实时控制层硬件执行的故障信号，并将故障信息传输至应用层的人机交互界面进行显示，以实现更好的过程控制。数据交互模块S825实时监测实时控制层执行的操作信息，并将其传输到应用层的人机交互界面上进行显示。实时控制层的操作信息包括故障信号和硬件信息。实时控制层包括运动控制模块S831、驱动模块S832、逻辑控制模块S833和网络控制模块S834。其中运动控制模块S831控制的内容包括点位运动、连续轨迹运动和高速同步运动，分别完成专用的直线运动、曲线运动和运动跟踪。驱动模块S832完成对各种电机的驱动。逻辑控制模块S833可由实时调度层的实时运行系统管理，也可由实时控制层的运动控制模块S831管理，用于完成逻辑控制操作。网络控制模块S834完成网络设备的控制与管理。图3中，电机S841、I/0设备S842及网络设备S843是驱控一体化控制器的被控对象。
如上所述，本发明提出了一种驱控一体化的自动控制系统，系统及其架构以实现性好、复杂度低、易于集成、低成本的方式实现了系统管理、运动控制、逻辑处理等功能，能作为多种不同应用领域的控制平台。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种驱控一体化控制器，其特征在于，所述驱控一体化控制器包括接口、用于运行应用层操作系统、用户应用程序和实现人机交互的工业控制计算机模块、用于运动控制和运动规划的运动控制器、用于驱动执行部件的驱动器以及用于逻辑处理及完成输入输出控制的可编程逻辑控制器；所述驱控一体化控制器具有一个包括应用层、实时调度层及实时控制层的系统，所述应用层用于运行应用程序开发工具软件，供用户开发并编译程序，实现通讯以及人机界面交互；所述实时调度层用于运行用户开发的应用程序，实时调度所述实时控制层上的操作指令，对硬件进行操作；所述实时控制层用于执行所述操作指令，完成控制操作；其中所述实时调度层配置成比计算机操作系统的Kernel内核优先级别更高的实现体，用户应用程序下载到所述驱控一体化控制器后工作在所述实时调度层，按设定的优先级进行调度，以确保所述工业控制计算机模块载入的用户应用程序在相应时间片开始执行，完成所述实时控制层的相关工作，以满足预设的实时性要求。
2.如权利要求1所述的驱控一体化控制器，其特征在于，所述实时控制层包括用于实现所述运动控制和运动规划的运动控制模块以及根据所述运动控制模块的输出驱动电机的驱动模块；所述运动控制包括位置控制、速度及电流控制，进行电机控制相关的位置及速度估算、 定子电流估计及坐标解算，根据计算结果产生电机的驱动控制信号，以完成电机的速度控制及电流控制。
3.如权利要求2所述的驱控一体化控制器，其特征在于，所述位置及速度估算是根据安装在电机侧或负载工作台侧的位置传感器反馈信号计算电机的转子位置或工作台位置，进而估算转子或工作台的速度；所述定子电流估计及坐标解算是根据安装在所述驱动模块的电流传感器测量值，估计交流电机的各相电流，进而完成交流电机控制所需的交直和直交转换；所述电机的速度控制及电流控制为闭环控制，使得所估算的转子或工作台的速度、电机的电流跟踪系统给定的目标速度值和电流值，实现电机的稳定运行。
4.如权利要求2或3所述的驱控一体化控制器，其特征在于，所述运动规划包括实时运动规划，所述实时运动规划包括用于实现点位运动和连续轨迹运动的梯形和S型运动规划。
5.如权利要求2或3所述的驱控一体化控制器，其特征在于， 所述运动控制还包括基于多种现场总线的分布式控制。
6.如权利要求2或3所述的驱控一体化控制器，其特征在于，所述实时控制层还包括用于通过I/O设备完成逻辑控制操作的逻辑控制模块和用于的网络设备控制与管理的网络控制模块。
7.如权利要求1-3任一项所述的驱控一体化控制器，其特征在于， 所述应用层包括功能接口模块、I/O组态模块和人机交互模块；所述I/O组态模块用于配置组态信息，并将组态信息发送到所述实时调度层；所述功能接口模块用于给所述实时调度层提供功能模块资源；所述人机交互模块用于生成人机交互界面，以显示所述实时控制层的操作信息。
8.如权利要求7所述的驱控一体化控制器，其特征在于，所述实时调度层包括实时运行系统，所述实时运行系统根据所述组态信息从所述功能接口模块中调用资源，最终调用固化在所述实时控制层的操作指令； 所述实时运行系统包括代码翻译模块和复杂算法模块；所述代码翻译模块对所述功能模块内的文件译码单元所编译的数据格式进行解析； 所述复杂算法模块完成所述代码翻译模块解析所得到的数据需要进行的复杂算法运算，得到所述实时运行系统可识别的输入信息，复杂算法模块优选包括速度预处理子模块、 曲线拟合子模块和复杂运动轨迹描述子模块，用以完成对用户输入信息的进一步解析，以便所述实时运行系统有效识别并执行。
9.如权利要求7或8所述的驱控一体化控制器，其特征在于， 所述实时运行系统还包括配置模块、数据交互模块和故障诊断模块；所述配置模块接收用户通过应用层中的I/O组态模块配置并通过内部总线传输的组态信息，所述实时控制层根据所述复杂算法模块得到的输入信息以及所述配置模块接收到的组态信息，调用对应的操作指令来执行相应的操作；所述数据交互模块用于实时监测所述实时控制层执行的操作信息，并将其传输到应用层的人机交互界面上进行显示；所述故障诊断模块用于实时监测所述实时控制层的故障信号，并将所述故障信号传输至所述应用层的人机交互界面进行显示。
10.如权利要求1至9任一项所述的驱控一体化控制器，其特征在于，所述工业控制计算机模块和所述可编程逻辑控制器在同一 CPU芯片或芯片组上实现；所述运动控制器和所述驱动器在数字信号处理器上实现；所述驱控一体化控制器还包括现场可编程门阵列和功率模块；所述接口包括人机交互接口模块、以太网接口模块、现场总线接口模块和I/O接口模块；所述现场可编程门阵列是所述工业计算机模块、所述数字信号处理器及各外部设备接口模块进行信息交互的平台；所述数字信号处理器是驱控一体化控制器进行实时控制的平台；所述功率模块是驱动执行部件的功率放大单元和所述驱控一体化控制器的供电单元；所述人机交互接口模块是所述工业计算机模块与人机交互设备的接口单元； 所述I/O接口模块是所述数字信号处理器与外部信号的接口单元； 所述现场总线接口模块是现场总线的物理层接口单元； 所述以太网接口模块是以太网的物理层接口单元。
11.一种驱控一体化控制系统，其特征在于，所述驱控一体化控制系统包括执行部件例如电机、人机交互设备和权利要求1至10任一项所述的驱控一体化控制器；所述执行部件是运动的执行机构，其被控端耦合到所述驱控一体化控制器的驱动信号的输出端；所述人机交互设备是用户与控制器信息交互的平台，可包括监视器和键盘等。
12.如权利要求11所述的驱控一体化控制系统，其特征在于，所述驱控一体化控制系统还包括I/O设备和以太网设备；所述I/O设备通过现场总线与所述驱控一体化控制器相连，用于与系统外部的低速被控对象交互，完成输入输出物理信息的转换与通信；所述以太网设备通过以太网与所述驱控一体化控制器相连，用于与系统外部的高速被控对象交互，完成输入输出物理信息的转换与通信。
全文摘要
本发明公开了一种驱控一体化控制器，包括接口、用于运行应用层操作系统、用户应用程序和实现人机交互的工业控制计算机模块、用于运动控制和运动规划的运动控制器、用于驱动执行部件的驱动器以及用于逻辑处理及完成输入输出控制的可编程逻辑控制器；所述驱控一体化控制器具有一个包括应用层、实时调度层及实时控制层的系统，所述实时调度层配置成一个比计算机操作系统的Kernel内核调度优先级别更高的实现体，用户应用程序下载到所述驱控一体化控制器后工作在所述实时调度层，按设定的优先级进行调度，以确保用户应用程序在相应时间片开始执行，完成所述实时控制层的相关工作，以满足预设的实时性要求。
文档编号G05B19/418GK102411353SQ20111034347
公开日2012年4月11日 申请日期2011年11月3日 优先权日2011年11月3日
发明者冯月明, 吕恕, 吴宏, 董良 申请人:固高科技(深圳)有限公司