賦能柔性制造:MotionRT750 實時運動控制內核,提效不止 10% !
文: 深圳市正運動技術有限公司2025年第三期
公司介紹
深圳市正運動技術有限公司專注于運動控制技術研究和通用運動控制軟硬件產品的研發,是國家級高新技術和 專精特新企業。
正運動技術的運動控制產品包括 2-24 軸脈沖型嵌入式運動控制器、2-128 軸總線型嵌入式運動控制器、2-24 軸 脈沖型網絡運動控制卡、2-128 軸總線型 PCI 運動控制卡、2-240 軸視覺運動控制一體機、人機界面、各類擴展 模塊等。
正運動技術一直致力于做更好用的運動控制產品,經過眾多合作伙伴多年的應用開發,產品被廣泛應用于3C電子、 半導體、新能源、汽車制造、機器人、印刷包裝、紡織服裝、激光加工、醫療制藥、數控加工、物流、軍工等領域。 正運動技術堅持把產品質量置于商業利益之上,堅持以滿足需求為中心、以創造價值為根本、以提升體驗為追求, 鍥而不舍地為智能制造提供更有價值的運動控制產品、方案與服務。
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隨著精益柔性生產對速度與穩定性要求的不斷提升,市 場對運動控制系統的實時性與穩定性也提出了更高標準。作為 現代先進裝備的核心“大腦”,高性能運動控制以其高精度、 高速度、實時響應和高靈活性的精細化特性,驅動高端智能裝 備,實現精益生產與柔性制造。
市面上常見的傳統運動控制方案主要有兩種:PC+運動控 制卡方案和PLC方案。
方案一:PC+運動控制卡方案
· 架構:由PC負責視覺處理、數據運算和人機界面等上層 任務,運動控制卡專司實時運動控制,PC與運動控制卡之間通 常通過PCIe或PCI通訊進行數據傳輸;
· 應用“痛點”:
通訊延遲:PCIe/PCI通訊存在較大的通訊交互延遲;
實時性不足:運動控制應用程序運行在Windows上,易 受系統調度抖動影響,導致控制穩定性與實時性降低。
方案二:PLC方案
· 應用“痛點”:
軌跡控制能力弱:在復雜軌跡(如多軸聯動插補)控制方 面表現不足;
精度受限:難以滿足高精度加工場景的需求;
通訊瓶頸:與PC等上位系統進行高效、大容量數據通訊 存在困難。
由此,實時運動控制內核MotionRT7應運而生。它深度融 合了PC的強大信息處理能力與運動控制卡的高性能軌跡 控制及 硬實時特性,充分發揮CPU的強勁算力優勢。該內核專為滿足 高速高精加工與復雜軌跡控制等嚴苛場景而設計,為現代制造 提供更可靠、更精細的運動控制能力。
MotionRT750基于x86 CPU架構。在Windows/Linux操作系統下能實現裸機運行或強實時穩定運行。通過Local高速接 口與EtherCAT冗余總線技術,可支持多達254軸的高精度運動 控制,控制周期可低至125μs,顯著提升設備性能,助力產能 提升至少20%。
1 全自主實時運動控制內核MotionRT750
(1)運動控制實時內核MotionRT750的實現機制
MotionRT750運動控制實時內核采用高效的多核CPU任務 分配策略:它將核心的運動控制、機器人算法、數控(CNC)及 機器視覺等實時任務集中運行在1-2個專用CPU核上;與此同時, 其余CPU核則專注于處理Windows/Linux相關的非實時任務。
通過集成MotionRT750 Runtime實時層與操作系統非實時 層,并利用高速共享內存進行數據交互,顯著提升了運動控制 與上層應用間的通信效率及函數執行速度,最終實現更穩定、 更高效的智能裝備控制,確保了運動控制任務的絕對實時性與系統穩定性。
例如:在一個配備6核處理器(如Intel Core i5-8500) 的系統上,MotionRT750會獨占1個物理核心運行實時控制任 務,其余5個核心則完全用于處理Windows/Linux操作系統及 上層應用,實現資源的最優分配。
(2)運動控制實時內核MotionRT750的性能優勢
①運動控制實時內核MotionRT750與傳統運動控制卡/PLC 的交互速率對比
MotionRT750共享內存的核間交互方式大幅度提升了交 互效率,單條指令的交互時間也快至us級;相較于傳統的PCI/ PCIe、網口等通訊方式,速度提升了10-100倍以上,通訊速度 對比如下圖所示。
②MotionRT750超高速實時運動控制卡與傳統PCI卡的場 景測試對比
同一套測試環境下,通過50次直線電機的往復運動和 10000次的IO循環翻轉,測試數據如下:
MotionRT750(共享內存交互):
· 平均單次讀寫延遲:≈2.8μs
· 延遲穩定性:極高(波動極小)
傳統方案(PCI通信):
· 平均單次讀寫延遲:≈51μs
· 延遲穩定性:較差(波動顯著)
統計整個控制周期的執行時間,采用MotionRT750實時內 核的方案比傳統PCI通信方案縮短了約2500ms,整體控制效率 提升超過17.1%。從實時性和效率性考慮,運動控制實時內核 MotionRT750更適合高速高精的場合。
(3)EtherCAT總線冗余,支持32軸同步控制與125us硬 實時周期
環形冗余架構實現原理是:通過將末端從站的EtherCAT OUT端口回連至主站,構建物理環形通訊鏈路。當線性鏈路中 任意從站發生故障時,系統將快速自動切換至另一路徑,確保非故障從站持續保持正常EtherCAT通信,可顯著提升系統可靠 性與運行穩定性。
針對連續生產場景對設備24/7不間斷運行的要求, MotionRT750的冗余機制實現EtherCAT通訊的更可靠和更穩 定,可有效杜絕非計劃停產導致的產能損失。
(4)多通道EtherCAT架構實現254軸同步控制
運動控制實時內核MotionRT750可以實現多卡多通道 EtherCAT總線,軸數控制可達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, 適合實時數據傳輸和多工位協同的應用場景。
(5)PC藍屏/宕機/崩潰也能正常運行的實時內核
當Windows因病毒入侵、硬件異常插拔或驅動沖突導致 系統崩潰時,運動控制實時內核MotionRT750仍可持續運行,且 急停功能仍然保持有效,提供充分響應時間進行事故處置,顯 著提升工業控制安全性與可靠性。
(6)應用優勢總結
· 跨平臺兼容性:支持Windows/Linux系統,適配不同等 級CPU;
· 開發靈活性:提供多語言編程接口,便于二次開發與功 能定制;
· 實時性提升:通過CPU內核獨占機制與高效LOCAL接口, 實現2-3μs指令交互周期,較傳統PCI/PCIe方案提速近20倍;
· 擴展能力強化:多卡多EtherCAT通道架構支持254軸運 動控制及500μsEtherCAT周期;
· 系統穩定性:32軸125μs EtherCAT冗余架構消除單點故 障風險,保障連續生產;
· 安全可靠性:不懼Windows系統崩潰影響,藍屏時仍可 維持急停與安全停機功能有效,確保產線安全運行;
· 功能擴展性:實時內核支持C語言程序開發,方便功能 拓展與實時代碼提升效率。
2 運動控制實時內核MotionRT750應用場景
(1)高速轉塔測試分選設備上的應用
主要組成:EtherCAT超高速實時運動控制卡XPCIE1032H 運動控制實時內核MotionRT750。
系統可實現多軸同步控制和高速數據傳輸等,確保多個 工序在旋轉周期內依次對芯片進行測試、分選、收料、編帶 等,使整個測試分選過程高效穩定地運行,單位時間產量達到 55K+,相比傳統的運動控制卡方案,效率提升10%以上。
(2)高速插件機的應用
主要組成:EtherCAT超高速實時運動控制卡XPCIE1032H 運動控制實時內核MotionRT750。
插件頭拾取元件后,XY直線運動平臺移動到檢測相機上 方進行飛拍,對元件引腳進行檢測和定位,從而保證插件更加 精準,優化路徑、保證XY平臺運行路徑最短,可實現0.6s/pcs 的節拍,重復定位精度可達±0.01mm,相較于傳統的運動控 制方案,節拍更快,精度更高,穩定性更好。
(3)六面外觀檢測高速視覺篩選機的應用
主要組成:EtherCAT超高速實時運動控制卡XPCIE1032H 運動控制實時內核MotionRT750。
系統具備多核并行運算能力,可解決傳統方案中視覺與運 動控制的數據交互速度慢等問題,顯著提升六面外觀檢測設備 的效率和精度,可實現15000+pcs/分鐘的IO觸發檢測速度, 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域。
(4)DELTA視覺柔振上下料解決方案
主要組成:高集成機器視覺運動控制一體機VPLC712+運 動控制實時內核MotionRT750。
DELTA柔振上下料專用方案實現即插即用一站式解決方案, VPLC系列視覺運動控制一體機結合柔性振動盤和輕量化結構的 DELTA機械手,實現高精度物料識別與高速上下料,適應多品類 小批量生產,可滿足市場對靈活供料的需求,克服了傳統供料方 式的局限,實現了快速物料切換和配置工藝,且提升兼容性。
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